一种航空发动机寿命延长控制器设计方法

摘要

本发明公开了一种航空发动机寿命延长控制器设计方法，通过在航空发动机控制系统中增加高压转子加速度限制，将代表航空发动机寿命的指标和代表性能的指标同时纳入到优化目标函数中，利用遗传算法对加速度限制进行优化，使该控制器延长航空发动机寿命的同时，保证航空发动机加速性能不变或仅有少量下降，有效地延长航空发动机寿命，同时仅通过修改数字电子控制器软件控制程序即可实现。航空发动机寿命延长控制器设计方法，不仅可用于新型航空发动机寿命延长控制中，也避免在对现有控制系统进行升级时大幅度修改控制硬件；既延长了航空发动机寿命，又降低了使用和维护成本。

主权项

一种航空发动机寿命延长控制器设计方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.选择确定航空发动机寿命的寿命限制部件，建立航空发动机的寿命模型；选取高压涡轮导向叶片作为代表航空发动机寿命的寿命限制部件，航空发动机的寿命模型表示为:$N_s=f(T_{\Delta \max },T_{\mathrm{metal}\left(T_{\Delta \max }\right)})$式中:N_s为航空发动机寿命，T_△max为叶片前后缘最大温度差，为最大温差下叶片金属温度；步骤2.修改加速控制规律；从寿命模型可知航空发动机的寿命长短与叶片前后缘最大温度差T_△max、最大温度差下叶片金属温度有关，而T_△max、出现在发动机由慢车加速到最大推力的过程中，通过在原有控制系统中增加高压转子加速度限制，修改加速控制规律，调整发动机加速过程，改变航空发动机的寿命；步骤3.构造合适的高压转子加速度限制曲线；通过对原有控制系统的仿真结果分析，确定加速度限制曲线，不对加速前期进行限制，保证发动机一定加速性能；对加速后期限制，通过牺牲加速后期少量加速性能，以降低加速过程中叶片前后缘最大温度差和叶片金属温度，延长发动机寿命；步骤4.利用遗传算法优化限制曲线；遗传算法设置如下:染色体设置为限制曲线的控制点；目标函数则同时包括代表航空发动机寿命的指标，加速过程中叶片总应变差和代表发动机加速性能的指标，加速上升时间；同时对控制点坐标进行约束，避免曲线出现不可预知的形状；利用遗传算法对加速度限制曲线进行优化；步骤5.将优化后得到的控制点坐标扩展成高压转子加速度限制曲线，并写入到发动机控制程序中，形成修改加速控制规律的寿命延长控制器。