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第1章 发动机控制系统综述1

1.1 控制系统专业术语5

1.2 燃气涡轮发动机控制系统介绍6

1.3 发动机控制系统的发展史9

1.3.1 初始阶段10

1.3.2 成长阶段11

1.3.3 电子化阶段13

1.3.4 综合化阶段17

1.3.5 飞行研究与先进控制19

1.3.6 控制系统的复杂性22

1.3.7 历史上的重要发动机25

参考文献30

第2章 发动机建模与仿真35

2.1 稳态发动机模型35

2.2 动态发动机模型36

2.2.1 转子动力学——惯性效应36

2.2.2 压力动力学——质量存储效应41

2.2.3 温度动力学——能量存储效应42

2.3 整台发动机动力学的建模43

2.4 作动器和传感器动力学的建模46

2.4.1 液压作动器46

2.4.2 气动作动器51

2.5 高逼真度发动机仿真52

2.5.1 美国空军通用涡扇发动机模型52

2.5.2 NASA通用涡扇发动机模型55

2.6 发动机线性模型的导出56

2.6.1 非线性仿真导出线性模型56

2.6.2 按试验／运行数据的模型辨识58

参考文献60

第3章 模型降阶和动态分析63

3.1 发动机动态举例63

3.2 值得关注的频谱65

3.3 基本控制带宽内的主导动态66

3.3.1 通过频谱分解进行模型降阶66

3.3.2 基于奇异值分解的模型降阶（平衡实现）71

3.4 发动机和飞机动态综合72

3.4.1 涡轴发动机动态74

3.4.2 发动机和机身的兼容性问题78

3.4.3 直升机旋翼和涡轴发动机80

3.5 发动机动态变化82

参考文献84

第4章 稳态控制器设计87

4.1 单轴发动机控制器设计88

4.1.1 单轴发动机根轨迹设计89

4.1.2 单轴发动机频率响应设计94

4.2 双轴发动机控制器设计95

4.2.1 不带作动器动态的双轴发动机PI控制律设计97

4.2.2 带有作动器动态的双轴发动机PID控制律设计100

4.3 涡轴发动机控制设计100

4.3.1 动力涡轮转速反馈控制102

4.3.2 旋翼负载预期前馈控制102

4.3.3 最优燃油消耗量自适应控制103

4.4 稳态控制的某些实际问题104

4.4.1 不同控制律下的发动机响应104

4.4.2 用燃油流量比作控制变量106

参考文献108

第5章 过渡态和限制控制器设计109

5.1 基于计划的过渡态控制器设计110

5.1.1 控制计划概念111

5.1.2 加速控制112

5.1.3 减速控制113

5.2 过渡态控制中应考虑的非线性问题114

5.2.1 增益调参114

5.2.2 抗积分卷积116

5.2.3 减速喘振117

5.3 基于加速度的过渡态控制器设计118

5.3.1 n控制概念118

5.3.2 双轴涡扇发动机n控制设计120

5.3.3 基于计划的控制与n控制的对比123

5.4 限制保护控制器设计124

5.5 旋翼飞机发动机应考虑的问题127

5.5.1 功率管理127

5.5.2 自适应加速控制和消喘控制128

参考文献128

第6章 控制系统综合130

6.1 概述130

6.2 功率设定131

6.2.1 起飞功率计划131

6.2.2 慢车功率计划133

6.2.3 部分功率134

6.2.4 调整功能和自动调整135

6.3 瞬时计划136

6.3.1 加速计划137

6.3.2 减速计划138

6.4 控制模式139

6.5 发动机附件141

6.5.1 附件的分类141

6.5.2 电子控制器142

6.6 控制器综合实例145

6.6.1 单轴发动机控制器的设计和综合145

6.6.2 双轴发动机控制器的设计和综合151

参考文献155

第7章 先进控制概念156

7.1 多变量控制156

7.1.1 多变量设计主题问题156

7.1.2 频域方法161

7.1.3 时域方法163

7.1.4 多变量控制方法比较164

7.2 主动间隙控制165

7.2.1 ACC建模167

7.2.2 线性控制律设计169

7.3 主动失速和喘振控制171

7.3.1 作动器的挑战172

7.3.2 作动器设计172

7.3.3 作动器模型173

7.3.4 作动器试验结果176

7.4 主动燃烧控制179

7.4.1 作动器设计180

7.4.2 作动器模型181

7.4.3 作动器试验结果182

参考文献185

第8章 发动机监视和健康管理189

8.1 基本概念189

8.1.1 安全性、可靠性和可用性189

8.1.2 异常、故障和失效190

8.1.3 诊断和预测192

8.1.4 维修概念193

8.1.5 保障概念195

8.2 监视系统设计196

8.2.1 系统需求196

8.2.2 系统体系结构197

8.2.3 监视性能197

8.2.4 监视功能198

8.2.5 软件体系结构199

8.2.6 算法200

8.3 监视算法设计201

8.3.1 最小二乘法估计201

8.3.2 卡尔曼滤波器202

8.3.3 概率估计——贝叶斯方法203

8.3.4 混合模型估计204

8.4 根据周期性记录的数据进行趋势监视206

8.4.1 基于数值化方法趋势监视的数例206

8.4.2 趋势图和阈值207

8.4.3 基于物理建模来提高精确性210

8.4.4 告警规则212

参考文献213

第9章 综合控制和健康监视217

9.1 综合架构、能力和要求217

9.1.1 综合架构217

9.1.2 经济可承受能力218

9.1.3 对监视系统的要求219

9.2 延长寿命控制222

9.2.1 部件损伤223

9.2.2 控制设计224

9.3 安全保障控制227

9.3.1 重置限制控制228

9.3.2 高增益控制229

9.4 直升机发动机的快速响应控制231

9.4.1 涡轮放气控制模式232

9.4.2 直升机／发动机综合模型233

9.4.3 比例控制律设计237

参考文献239

附录A自动控制系统基础知识242

A.1开环控制和闭环控制242

A.2线性动态系统描述244

A.2.1 控制系统的频域表达245

A.2.2 控制系统的时域表达248

A.3 基本控制律251

A.3.1 比例控制律251

A.3.2 积分控制律251

A.3.3 微分控制律252

A.3.4 比例—积分—微分控制律252

A.4 线性动态系统分析253

A.4.1 状态方程的解253

A.4.2 拉普拉斯变换求解254

A.4.3 可控性和可观性255

A.4.4 性能256

A.4.5 稳定性259

A.5 两种线性控制设计方法262

A.5.1 根轨迹设计方法263

A.5.2 频率响应设计方法265

A.6 非线性动态系统267

A.6.1 非线性系统的性质269

A.6.2 常见的非线性特性269

参考文献272

附录B燃气涡轮发动机性能与工作特性273

B.1前言273

B.2工作包线和标准大气274

B.3完全理想气体的热力学性能276

B.4燃气流的总参数278

B.4.1 滞止温度或者总温279

B.4.2 滞止压力或者总压力279

B.4.3 T/Tt和p/pt是马赫数的函数279

B.4.4 质量流量参数281

B.5无量纲的修正参数和部件特性282

B.5.1 风扇和压气机特性图284

B.5.2 涡轮特性284

B.6基本发动机性能模型286

B.6.1 流量的连续性286

B.6.2 涡轮特性287

B.6.3 发动机工作线288

B.6.4 发动机控制和θ转折点289

B.6.5 发动机燃油流量291

B.6.6 发动机转速的变化292

B.6.7 燃气发生器增压特性293

B.6.8 发动机非安装推力和燃油消耗量294

B.6.9 单轴涡喷发动机的基本非线性稳态发动机性能方程296

B.7 工作适用性分析298

B.7.1 压气机工作299

B.7.2 涡轮工作305

B.7.3 主燃烧室工作305

参考文献305

索引307

支撑资料321

译者后记322