固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制技術(shù)研究

齊 鑫，胡大慶，張 格，何 頤

(1.中國(guó)航天科技集團(tuán)公司 第四研究院第四十一研究所 燃燒、流動(dòng)和熱結(jié)構(gòu)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710025;2.中國(guó)航天科技集團(tuán)公司四院，西安 710025)

0 引言

固體火箭沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱固沖發(fā)動(dòng)機(jī))由進(jìn)氣道、燃?xì)獍l(fā)生器、固體火箭助推器等幾部分組成。利用空氣中的氧氣作為氧化劑，大幅提高推進(jìn)劑比沖，配備該發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈武器可大大增加射程，具有比沖高、巡航經(jīng)濟(jì)性好、機(jī)動(dòng)性好等多方面優(yōu)勢(shì)[1]。壅塞式固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通過伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)針?biāo)ㄊ交蚧P式閥門作動(dòng)，通過改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器出口的喉部面積，調(diào)節(jié)燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)，進(jìn)而控制燃?xì)饬髁?，具有大調(diào)節(jié)比且流量實(shí)時(shí)可控的優(yōu)點(diǎn)[2]，為進(jìn)一步發(fā)揮以固沖發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力導(dǎo)彈的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性創(chuàng)造了條件[3]。

然而，以固沖發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的導(dǎo)彈武器高效可靠的控制燃?xì)饬髁浚こ虘?yīng)用還需要做大量研究[4-5]。包括燃?xì)獍l(fā)生器流量調(diào)節(jié)特性，燃燒室壓強(qiáng)對(duì)調(diào)節(jié)裝置的影響，燒蝕、沉積對(duì)流量調(diào)節(jié)性能的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)材料工藝等的影響，以及固沖發(fā)動(dòng)機(jī)特有的負(fù)調(diào)特性等，由于固沖發(fā)動(dòng)機(jī)與導(dǎo)彈控制密切相關(guān)，以上諸多問題不單單影響發(fā)動(dòng)機(jī)本身，同時(shí)影響了導(dǎo)彈縱向通道的控制性能，為驗(yàn)證以固沖為動(dòng)力導(dǎo)彈縱向通道的控制性能，需要發(fā)動(dòng)機(jī)開展大量試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

固沖發(fā)動(dòng)機(jī)地面直連試驗(yàn)是研究沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能最常用也是最有效的手段。通過直連系統(tǒng)模擬進(jìn)氣道內(nèi)的亞音速氣流，并注入補(bǔ)燃室與燃?xì)鈸交烊紵纬砂l(fā)動(dòng)機(jī)推力。由于補(bǔ)燃室壓強(qiáng)與固沖發(fā)動(dòng)機(jī)推力具有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)彈總體對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的可控性要求，完全可以通過補(bǔ)燃室壓強(qiáng)閉環(huán)控制進(jìn)行驗(yàn)證。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)地面直連試驗(yàn)過程中，通過調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁靠刂蒲a(bǔ)燃室壓強(qiáng)，可以有效驗(yàn)證固沖發(fā)動(dòng)機(jī)性能，具有重要意義。

本文對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器、補(bǔ)燃室、流量調(diào)節(jié)伺服進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，提出了補(bǔ)燃室控制策略，設(shè)計(jì)補(bǔ)燃室、燃?xì)獍l(fā)生器、伺服系統(tǒng)三環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真。仿真結(jié)果表明，采用本文所述的補(bǔ)燃室控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制，為導(dǎo)彈縱向通道控制提供依據(jù)。

1 固沖發(fā)動(dòng)機(jī)建模

以固沖為動(dòng)力的導(dǎo)彈武器，其投放后在預(yù)定高度速度條件下，無噴管助推器點(diǎn)火工作，產(chǎn)生推力短時(shí)間內(nèi)快速增加導(dǎo)彈武器飛行速度，滿足導(dǎo)彈武器轉(zhuǎn)級(jí)條件后，打開進(jìn)氣道的出口和入口堵蓋，使固沖發(fā)動(dòng)機(jī)從不通流狀態(tài)轉(zhuǎn)為通流狀態(tài)，超音速空氣來流經(jīng)過進(jìn)氣道壓縮后與燃?xì)獍l(fā)生器生成的一次燃?xì)庠跓o噴管助推器燃料燃盡的補(bǔ)燃室中摻混、燃燒。固沖發(fā)動(dòng)機(jī)模型包括：燃?xì)獍l(fā)生器、流量調(diào)節(jié)裝置、空氣來流、補(bǔ)燃室等幾部分。

1.1 燃?xì)獍l(fā)生器模型

固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器即為貧氧推進(jìn)劑裝藥的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)獍l(fā)生器通過貧氧推進(jìn)劑進(jìn)行一次燃燒將固體燃料變成了均勻的可以二次燃燒的燃?xì)?，其工作過程與燃?xì)獍l(fā)生器裝藥的特征速度、推進(jìn)劑燃速、燃燒室壓強(qiáng)等參數(shù)相關(guān)，內(nèi)彈道性能可以按照固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)模型計(jì)算。一次燃?xì)饬髁颗c燃燒室壓強(qiáng)和出口喉部面積有關(guān)，通過控制流量調(diào)節(jié)伺服機(jī)構(gòu)來控制閥門位置，不同位置對(duì)應(yīng)不同的出口喉部面積也對(duì)應(yīng)了不同的燃燒室壓強(qiáng)，通過改變出口喉部面積進(jìn)而改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器一次燃?xì)饬髁?。固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器裝藥為端面燃燒藥柱，建立燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)變化計(jì)算模型，燃燒產(chǎn)生的一次燃?xì)馄渲幸徊糠纸?jīng)流量調(diào)節(jié)閥門流出、一部分一次燃?xì)鉁粲谌細(xì)獍l(fā)生器內(nèi)，假定燃?xì)獍l(fā)生器藥柱在一次燃燒過程中，滿足理想氣體狀態(tài)方程理論。則由質(zhì)量守恒定律得[6-7]：

(1)

(2)

1.2 流量調(diào)節(jié)伺服模型

伺服系統(tǒng)由伺服控制器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置傳感器、支撐機(jī)構(gòu)等幾部分組成。三相無刷直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪組、滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)化為絲杠螺母伸縮直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)閥門負(fù)載作動(dòng)。

建立流量調(diào)節(jié)伺服機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，考慮無刷直流電機(jī)電樞電感、電樞電阻、電機(jī)力矩系數(shù)、反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，以及機(jī)構(gòu)、電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，直齒、絲杠減速器的減速比，反饋電位計(jì)系數(shù)等環(huán)節(jié)，由于伺服可近似為線性系統(tǒng)，假設(shè)二階傳遞函數(shù)等效其模型。

(3)

1.3 燃?xì)饬髁磕Ｐ?/h3>

燃?xì)獍l(fā)生器燃燒[8]產(chǎn)生的可二次燃燒氣體通過喉部面積可控的流量調(diào)節(jié)裝置，噴射進(jìn)入補(bǔ)燃室，進(jìn)入補(bǔ)燃室的燃?xì)饬髁颗c燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)、流量調(diào)節(jié)閥門面積以及燃?xì)馓卣魉俣认嚓P(guān)。

(4)

即燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)壓強(qiáng)變化和閥門開度變化同時(shí)對(duì)燃?xì)饬髁康拇笮∑鹱饔?。?dāng)期望燃?xì)饬髁繙p小時(shí)，增大流量調(diào)節(jié)閥門面積，燃?xì)饬髁肯仍龃笤贉p小；當(dāng)期望燃?xì)饬髁吭龃髸r(shí)，減小流量調(diào)節(jié)閥門面積，燃?xì)饬髁肯葴p小再增大。這就是流量調(diào)節(jié)過程中的負(fù)調(diào)現(xiàn)象，燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)變化是依靠燃速變化實(shí)現(xiàn)的，其過程要慢于流量調(diào)節(jié)裝置的開度變化。兩者變化速度不匹配導(dǎo)致了負(fù)調(diào)現(xiàn)象的產(chǎn)生，而決定最終流量大小的是燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)。

建立燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)態(tài)模型，設(shè)計(jì)PID控制器控制燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)[9]，并進(jìn)行仿真。假設(shè)初始狀態(tài)燃?xì)饬髁恐噶顬?.5 kg/s，燃?xì)獍l(fā)生器初始?jí)簭?qiáng)為2.4 MPa，初始喉部面積112.7 mm2，仿真第5 s時(shí)目標(biāo)流量調(diào)整為0.2 kg/s，仿真結(jié)果如圖1～3所示。

圖1 燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)仿真曲線

圖2 燃?xì)獍l(fā)生器喉部面積仿真曲線

圖3 燃?xì)饬髁糠抡媲€

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，通過控制流量調(diào)節(jié)伺服機(jī)構(gòu)的位置可以改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器出口的喉部面積，進(jìn)而改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器燃燒室內(nèi)的壓強(qiáng)和一次噴射的燃?xì)饬髁?，?dāng)仿真第5 s流量指令由0.5 kg/s，階躍變化至0.2 kg/s時(shí)，喉部面積也出現(xiàn)了階躍式跳變，燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)隨之降低，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)穩(wěn)定在0.45 MPa，而燃?xì)饬髁吭诖诉^程中出現(xiàn)了負(fù)調(diào)，負(fù)調(diào)值為階躍指令變化量的75%，負(fù)調(diào)現(xiàn)象非常明顯。

1.4 補(bǔ)燃室模型

補(bǔ)燃室作為雙用途發(fā)動(dòng)機(jī)，利用無噴管助推器工作后的燃燒室作為沖壓燃燒室，燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的一次燃?xì)鈳в芯薮蟮臒崮?，將由?dǎo)彈武器進(jìn)氣道進(jìn)入的來流空氣加熱并摻混、燃燒，使溫度進(jìn)一步升高并形成補(bǔ)燃室推力。補(bǔ)燃室為無噴管設(shè)計(jì)，其噴口前氣流具有足夠高的溫度和壓力，具有足夠高的能量以供產(chǎn)生較高的噴射氣流，從而獲得較高的發(fā)動(dòng)機(jī)推力[10]。固沖發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小與導(dǎo)彈武器飛行的高度、馬赫數(shù)、攻角、側(cè)滑角等飛行狀態(tài)密切相關(guān)，當(dāng)導(dǎo)彈飛行包絡(luò)確定后，設(shè)計(jì)適合飛行條件的固沖發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)外形。來流空氣和一次燃?xì)庠谘a(bǔ)燃室內(nèi)摻混均勻，假設(shè)補(bǔ)燃室在工作過程中服從理想氣體狀態(tài)方程，補(bǔ)燃室內(nèi)壓強(qiáng)和溫度等參數(shù)處處都保持一致，進(jìn)入補(bǔ)燃室中的來流空氣和一次燃?xì)庵偷扔趪姵龉虥_發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的能量以及在補(bǔ)燃室中滯留氣體之和[11]。則依據(jù)質(zhì)量守恒定律，補(bǔ)燃室壓強(qiáng)計(jì)算公式如下：

(4)

(5)

(6)

Xa為推力系數(shù)；Pb為固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)；PH為大氣壓；Fm為發(fā)動(dòng)機(jī)推力；ρH為大氣密度；VH為速度；Ae為固沖發(fā)動(dòng)機(jī)出口面積；Atb為補(bǔ)燃室喉部面積；AC為進(jìn)氣道等效面積；Φ為進(jìn)氣道系數(shù)；Vb為容積；Cb*為特征速度；Γb為比熱函數(shù)。

建立補(bǔ)燃室動(dòng)態(tài)模型，導(dǎo)彈在飛行過程中，其飛行速度和大氣密度均為緩變量，進(jìn)氣道隨導(dǎo)彈飛行姿態(tài)擾動(dòng)而變化，可作為彈體飛行過程中的擾動(dòng)，此處不再考慮。假設(shè)輸入的空氣流量為6.5 kg/s，補(bǔ)燃室壓強(qiáng)仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 補(bǔ)燃室壓強(qiáng)仿真曲線

由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)燃?xì)饬髁砍霈F(xiàn)負(fù)調(diào)時(shí)，固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出也出現(xiàn)了較大幅度的波動(dòng)，燃?xì)饬髁康臄_動(dòng)為補(bǔ)燃室瞬間大幅增加了燃料，補(bǔ)燃室壓強(qiáng)在擾動(dòng)作用下明顯出現(xiàn)了波動(dòng)。

2 基于模糊自適應(yīng)算法的燃?xì)獍l(fā)生器控制

經(jīng)過分析，流量調(diào)節(jié)閥門面積變化過快是導(dǎo)致負(fù)調(diào)產(chǎn)生的直接原因，給初始閥門面積一個(gè)合理的過渡過程，降低其變化速率，使閥門面積變化與燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)變化匹配，從而抑制負(fù)調(diào)。

2.1 模糊自適應(yīng)算法

模糊自適應(yīng)算法是根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)信息，通過辨識(shí)過程的模糊模型，獲取所需的控制規(guī)律，調(diào)整控制器參數(shù)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。具有較強(qiáng)的魯棒性，實(shí)現(xiàn)所需要的控制性能[12]。

模糊自適應(yīng)算法通常由模糊推理、模糊化、反模糊化、軟反饋以及模糊規(guī)則等5個(gè)部分組成，是基于Zadeh的模糊理論。模糊推理是利用模糊邏輯的方法，將輸入空間中的模糊子集映射至輸出空間的子集上，比如可以采用基于Takagi-Sugeno模糊模型算法。模糊化是通過變換模糊因子、隸屬度變換函數(shù)將實(shí)測(cè)的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為模糊系統(tǒng)子集。反模糊化是將得到的模糊值轉(zhuǎn)換為明確數(shù)值，利用反變換因子將輸出的模糊子集變換成對(duì)應(yīng)的數(shù)值輸出，可采用Max-Min準(zhǔn)則進(jìn)行判斷計(jì)算。軟反饋則是由控制量校正模塊、規(guī)則參數(shù)修正模塊、性能測(cè)量模塊等幾部分組成，通過反饋信息對(duì)控制器性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而更加具有適應(yīng)性，改善被控過程的控制效果。模糊規(guī)則[13]則是人們歸納總結(jié)出的被控對(duì)象的規(guī)律，規(guī)則的制定是模糊控制中的核心?；谀：赃m應(yīng)算法的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)[14]如圖5所示。

圖5 模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理圖

2.2 基于模糊自適應(yīng)的燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)控制

模糊自適應(yīng)PID控制器由離線和在線兩部分組成[15-16]，離線部分通過發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真獲取控制規(guī)律，并通過數(shù)字?jǐn)M合得到PID控制函數(shù)。在線部分通過PID控制函數(shù)對(duì)PID控制器進(jìn)行修正[17]，采用模糊自適應(yīng)控制算法的燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)控制原理圖如圖6所示。

圖6 燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)控制原理圖

燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)隨著燃燒室壓強(qiáng)的變化，流量響應(yīng)也在同時(shí)變化。為了更好地抑制負(fù)調(diào)現(xiàn)象，采用模糊自適應(yīng)的燃?xì)獍l(fā)生器通過調(diào)整過渡過程，能夠有效解決負(fù)調(diào)與快速性的矛盾。設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)控制器對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)進(jìn)行閉環(huán)控制。仿真結(jié)果如圖7～10所示。

圖7 采用模糊自適應(yīng)控制的燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)仿真曲線

圖8 采用模糊自適應(yīng)控制燃?xì)獍l(fā)生器喉部面積仿真曲線

圖9 采用模糊自適應(yīng)控制的流量仿真曲線

圖10 采用模糊自適應(yīng)控制的補(bǔ)燃室壓強(qiáng)仿真曲線

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，采用模糊自適應(yīng)控制后，燃?xì)獍l(fā)生器喉部面積變化速度明顯降低，更有利于與燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)變化匹配，當(dāng)仿真第5 s流量指令由0.5 kg/s，階躍變化至0.2 kg/s時(shí)，燃?xì)饬髁吭诖诉^程中出現(xiàn)了一定負(fù)調(diào)，但降低非常明顯，負(fù)調(diào)值為階躍指令幅值的25%，隨著燃?xì)饬髁控?fù)調(diào)的減小，固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)擾動(dòng)也明顯改善，有利于導(dǎo)彈總體對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。

3 補(bǔ)燃室控制及仿真

固沖發(fā)動(dòng)機(jī)地面直連試驗(yàn)過程中，通過控制補(bǔ)燃室壓強(qiáng)，可有效驗(yàn)證固沖發(fā)動(dòng)機(jī)控制性能[18-19]，開展固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)閉環(huán)控制的研究工作具有重要意義。

固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室在工作過程中，其工作狀態(tài)隨著補(bǔ)燃室燃?xì)獾奶卣魉俣取⒀a(bǔ)燃室壓強(qiáng)等狀態(tài)變化。將某一燃?xì)饬髁?、空氣來流狀態(tài)摻混燃燒，即平衡狀態(tài)下，對(duì)小偏差下線性化模型進(jìn)行處理，并進(jìn)行拉式變換，得到一次燃?xì)饬髁?、空氣來流到補(bǔ)燃室壓強(qiáng)變化的傳遞函數(shù)。

(7)

其中：τb是補(bǔ)燃室時(shí)間常數(shù)，表征了補(bǔ)燃室在工作過程中受到擾動(dòng)后，壓強(qiáng)再次進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的過渡時(shí)間。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性設(shè)計(jì)補(bǔ)燃室控制方案，固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)閉環(huán)控制回路設(shè)計(jì)如圖11所示，控制回路由外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)三環(huán)組成。其中，外環(huán)為補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制回路，將補(bǔ)燃室壓強(qiáng)傳感器采集值與補(bǔ)燃室壓強(qiáng) 指令比較，形成補(bǔ)燃室壓強(qiáng)偏差，通過補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制器形成燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)控制指令。中環(huán)則為燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)閉環(huán)控制回路，根據(jù)模糊自適應(yīng)控制理論設(shè)計(jì)燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)閉環(huán)控制器，并根據(jù)模糊模型獲得控制參數(shù)，模糊控制器接收補(bǔ)燃室控制器發(fā)送的壓強(qiáng)控制指令，與采集到的燃?xì)獍l(fā)生器傳感器壓強(qiáng)進(jìn)行比較，形成伺服位置控制指令。內(nèi)環(huán)則為燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)伺服機(jī)構(gòu)控制環(huán)，伺服機(jī)構(gòu)位置控制器接收燃?xì)獍l(fā)生器控制器解算出的位置指令，通過與位置傳感器測(cè)量的位置信息進(jìn)行比較并控制伺服電機(jī)作動(dòng)，形成伺服機(jī)構(gòu)位置控制閉環(huán)。伺服控制器、補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制器、燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)控制器組成的三環(huán)控制回路。最終，通過解算獲得伺服控制指令，伺服執(zhí)行調(diào)節(jié)指令并改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器出口面積，改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)，進(jìn)而改變固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器一次燃?xì)饬髁?，并與來流空氣摻混燃燒形成補(bǔ)燃室壓強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制性能驗(yàn)證。

圖11 補(bǔ)燃室壓強(qiáng)閉環(huán)控制方案

建立發(fā)動(dòng)機(jī)推力模型，設(shè)計(jì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)燃室控制器、燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)控制器，并調(diào)節(jié)控制參數(shù)。設(shè)計(jì)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)典型工作曲線，補(bǔ)燃室初始工作壓強(qiáng)為0.25 MPa，10 s后階躍爬升至0.35 MPa，10 s后階躍爬升至0.45 MPa，維持10 s后由0.45 MPa階躍下降至0.35 MPa，10 s后再階躍下降至0.25 MPa，該段目標(biāo)曲線覆蓋了補(bǔ)燃室控制可能涉及到的大部分范圍，同時(shí)階躍指令也是最嚴(yán)酷的考核手段。仿真條件下，補(bǔ)燃室壓強(qiáng)仿真曲線、發(fā)動(dòng)機(jī)推力仿真曲線如圖12～13所示。

圖12 補(bǔ)燃室壓強(qiáng)仿真曲線

圖13 發(fā)動(dòng)機(jī)推力仿真曲線

由圖12～13可以看出補(bǔ)燃室壓強(qiáng)能夠按照指令要求變化，系統(tǒng)在0.35～0.45 MPa的高壓段出現(xiàn)了超調(diào)，超調(diào)量為補(bǔ)燃室壓強(qiáng)階躍指令幅值的30%，而低壓段補(bǔ)燃室壓強(qiáng)跟隨較好，基本無超調(diào)。

仿真結(jié)果表明：采用補(bǔ)燃室壓強(qiáng)閉環(huán)、燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)閉環(huán)、伺服系統(tǒng)三環(huán)控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制，補(bǔ)燃室壓強(qiáng)能夠較好的跟隨壓強(qiáng)指令變化，發(fā)動(dòng)機(jī)推力與補(bǔ)燃室壓強(qiáng)趨勢(shì)一致，推力可控。

4 結(jié)束語

本文基于以固沖為動(dòng)力導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制試驗(yàn)驗(yàn)證需求，在開展固沖發(fā)動(dòng)機(jī)地面直連試驗(yàn)[20]中采用補(bǔ)燃室控制方式，驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制性能。本文建立了固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器、補(bǔ)燃室數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)補(bǔ)燃室控制、燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)閉環(huán)控制器并優(yōu)化控制參數(shù)，進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明：采用三環(huán)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)閉環(huán)控制方案能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)燃室壓強(qiáng)控制。補(bǔ)燃室壓強(qiáng)可控，充分驗(yàn)證了固沖發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制性能，為固沖發(fā)動(dòng)機(jī)工程應(yīng)用提供了條件。