常用符号表1

 第1章绪论3

1.1双模态超燃冲压发动机的典型飞行试验4

1.2双模态超燃冲压发动机控制研究现状分析7

1.2.1飞行试验中发动机控制现状分析8

1.2.2进气道不起动监测及保护控制现状分析9

1.2.3燃烧模态转换控制现状分析14

1.2.4吸气式飞/推系统轨迹优化研究现状分析17

1.3双模态超燃冲压发动机推力控制问题分析23

1.4双模态超燃冲压发动机不起动监测与控制问题25

1.4.1高超声速进气道不起动监测25

1.4.2高超声速进气道不起动保护控制26

1.5双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换控制问题27

1.5.1燃烧模态转换特性27

1.5.2燃烧模态转换控制30

1.6冲压发动机飞/推系统设计与控制面临的主要问题31

1.6.1考虑飞/推系统强耦合特性的最优轨迹问题31

1.6.2复杂热力系统多变量多约束最优控制问题32

1.7小结33

参考文献33

 第2章双模态超燃冲压发动机工作原理42

2.1双模态超燃冲压发动机的流动特点与模态定义42

2.2双模态超燃冲压发动机热力循环及性能指标43

2.2.1发动机的热力循环过程44

2.2.2发动机的能量转换过程46

2.2.3性能指标47

2.3双模态超燃冲压发动机进气道49

2.3.1进气道性能参数49

2.3.2进气道典型工作状态50

2.3.3进气道起动/不起动51

2.4双模态超燃冲压发动机燃烧室54

2.4.1若干基本概念55

2.4.2燃烧室性能分析方法56

2.5双模态超燃冲压发动机尾喷管56

2.6双模态超燃冲压发动机工作过程的特殊性57

2.6.1强分布参数特性57

2.6.2多模态优化选择58

2.7小结 58

参考文献59

 第3章双模态超燃冲压发动机控制问题分析和控制方案60

3.1双模态超燃冲压发动机控制问题分析60

3.1.1推力回路控制问题分析60

3.1.2进气道不起动保护控制问题分析61

3.1.3超温保护控制问题分析62

3.1.4燃烧室贫/富油熄火限制62

3.2双模态超燃冲压发动机控制方案63

3.2.1美国X-51A控制方案分析63

3.2.2推力调节/安全保护切换控制方案提出63

3.2.3控制回路组成及分析66

3.3小结69

参考文献69

 第4章双模态超燃冲压发动机控制模型71

4.1双模态超燃冲压发动机稳态数学模型71

4.1.1数学模型的维数选择72

4.1.2发动机一维模型73

4.2双模态超燃冲压发动机控制模型时间尺度分析77

4.3双模态超燃冲压发动机被控变量选择79

4.3.1燃烧室最大压比79

4.3.2燃烧室壁面压力积分81

4.4小结82

参考文献83

 第5章双模态超燃冲压发动机推力闭环控制方法84

5.1双模态超燃冲压发动机推力表征84

5.1.1地面直连式试验条件下的推力定义85

5.1.2推力增量与压力积分的定义87

5.1.3基于燃烧室壁面压力积分的推力增量表征87

5.2双模态超燃冲压发动机推力闭环控制系统设计89

5.2.1控制对象特性分析及建模89

5.2.2控制性能要求分析与控制器设计90

5.3控制系统鲁棒性能分析91

5.3.1增益摄动时的鲁棒性91

5.3.2动态摄动时的鲁棒性92

5.4推力闭环控制地面试验验证92

5.5小结93

参考文献94

 第6章双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换及其控制95

6.1燃烧模态转换马赫数的选择准则96

6.1.1宽马赫数范围发动机性能分析96

6.1.2最大推力需求下的燃烧模态转换马赫数选择99

6.1.3最大比冲需求下的燃烧模态转换马赫数选择101

6.2燃烧模态转换边界及其影响因素分析103

6.2.1燃烧模态转换边界空间描述103

6.2.2模态转换边界影响因素分析104

6.3燃烧模态转换中的突变与滞环问题109

6.4燃烧模态转换过程分析113

6.4.1转换路径的影响114

6.4.2突变特性的影响115

6.4.3滞环特性的影响115

6.5双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换控制118

6.5.1燃烧模态表征与监测118

6.5.2燃烧模态转换控制基本方案119

6.5.3控制方案仿真120

6.6小结125

参考文献125

 第7章高超声速进气道不起动监测方法研究127

7.1进气道起动/不起动模式分类数据准备128

7.1.1进气道物理模型128

7.1.2进气道不起动数据组成及分析128

7.2基于支持向量机的高超声速进气道起动/不起动模式分类130

7.2.1支持向量机的基本理论和方法130

7.2.2基于支持向量机的特征选择算法132

7.2.3基于支持向量机的进气道起动/不起动特征选择133

7.2.4进气道起动/不起动分类结果及验证分析134

7.2.5分类方法的对比分析135

7.3基于FLD分析的进气道起动/不起动最优分类准则研究136

7.3.1FLD相关的基本知识136

7.3.2进气道起动/不起动最优分类准则139

7.3.3分类准则的物理意义140

7.3.4分类准则中隔离带的作用140

7.4多传感器融合的进气道起动/不起动分类方法研究142

7.4.1概率输出支持向量机142

7.4.2多传感器分组和融合144

7.4.3多传感器融合结果分析145

7.5小结147

参考文献148

 第8章高超声速进气道不起动边界及稳定裕度控制150

8.1高超声速进气道不起动边界的无量纲分析150

8.1.1进气道前体压缩压比的无量纲表示151

8.1.2隔离段压比的无量纲表示155

8.1.3进气道压缩压比的无量纲表示158

8.2高超声速进气道稳定裕度控制方法研究161

8.2.1高超声速进气道稳定裕度的表示方法161

8.2.2高超声速进气道不起动控制策略分析162

8.2.3高超声速进气道等裕度增益调度控制164

8.3进气道稳定裕度控制闭环仿真验证171

8.4小结173

参考文献173

 第9章双模态超燃冲压发动机推力调节/进气道保护切换控制175

9.1基于Min规则的发动机推力调节/进气道保护切换控制方法176

9.1.1切换逻辑及切换规则176

9.1.2控制器积分上限参数对切换过程的影响分析177

9.1.3基于Min规则发动机推力调节/进气道保护切换控制地面试验验证181

9.2基于积分重置的发动机推力调节/进气道保护无扰切换控制183

9.2.1切换逻辑及切换规则185

9.2.2切换逻辑半实物仿真及参数给定分析187

9.2.3发动机推力调节/进气道保护切换控制地面试验验证189

9.3双模态超燃冲压发动机两点燃油分配方案191

9.3.1两点燃油喷射下的发动机特性仿真分析192

9.3.2两点燃油喷射下的发动机地面试验结果分析197

9.3.3双模态超燃冲压发动机两点燃油分配方案评估198

9.4考虑两点燃油喷射的发动机推力调节/进气道安全保护控制200

9.4.1双模态超燃冲压发动机特性分析及建模201

9.4.2双回路控制系统设计205

9.4.3控制系统数值仿真验证206

9.4.4控制系统地面试验验证206

9.5小结209

参考文献210

 第10章超声速燃烧室释热分布最优控制211

10.1超声速燃烧释热最优控制问题与求解方法212

10.1.1理想超声速燃烧释热最优控制问题214

10.1.2间接法求解释热规律最优控制问题218

10.2扩张型燃烧室的超声速燃烧释热最优控制221

10.3超声速燃烧最优释热规律特性分析224

10.4内型线与释热分布耦合最优控制225

10.5小结237

参考文献237

 第11章吸气式高超声速飞行器的轨道优化问题239

11.1考虑发动机推进机理的飞/推系统最优轨迹问题240

11.1.1面向轨迹优化控制的飞/推系统建模方法240

11.1.2飞/推系统加速段轨迹最优控制问题的一般形式247

11.2求解轨迹最优控制问题的一般方法250

11.2.1间接法求解轨迹最优控制问题250

11.2.2直接法求解轨迹最优控制问题252

11.2.3间接法与直接法的等效关系254

11.3冲压发动机推进的飞/推系统加速段最小油耗轨迹254

11.4飞/推系统起飞质量对最小油耗轨迹的影响259

11.5飞/推系统性能指标对最优轨迹的影响261

11.5.1最小油耗轨迹与最小时间轨迹261

11.5.2飞/推系统最优轨迹实时效率分析263

11.6飞/推系统发动机性能对最优轨迹的影响265

11.6.1尾喷管喉道可控对最优轨迹的影响265

11.6.2基于超声速燃烧推进的轨迹优化问题266

11.7飞/推系统约束对最优轨迹的影响271

11.7.1超温约束与不起动约束对最优轨迹的影响271

11.7.2等动压约束对最优加速轨迹的影响276

11.8小结279

参考文献280