可重复使用液体火箭发动机减损控制理论与方法

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 减损控制的基本概念与内涵

1.3 减损控制的研究方案与关键技术

1.3.1 以往采取的研究方案与关键技术分析

1.3.2 本书采取的研究方案与关键技术分析

1.3.3 研究对象的选择

1.4 减损控制技术研究进展

1.4.1 发动机系统动力学

1.4.2 关键部件结构动力学

1.4.3 关键部件损伤动力学

1.4.4 减损控制律综合分析与减损控制器设计

1.4.5 减损控制技术应用于其他系统的研究进展分析

参考文献

第2章 液氧煤油发动机动力学建模与动态特性分析

2.1 引言

2.2 液体火箭发动机简介

2.2.1 发动机工作过程及原理

2.2.2 发动机的模块化构成

2.3 发动机动力学模型

2.3.1 液涡轮模型

2.3.2 燃气涡轮模型

2.3.3 泵模型

2.3.4 热力组件模型

2.3.5 液体管路模型

2.3.6 冷却通道模型

2.3.7 流量调节器模型

2.3.8 带阀液体管路模型

2.4 组件可视化仿真模型与发动机动力学仿真软件

2.4.1 软件的总体设计

2.4.2 发动机组件模块库的建立

2.4.3 动力学仿真软件及数值仿真求解

2.5 发动机动态过程仿真与分析

2.5.1 发动机工作全过程仿真

2.5.2 起动过程仿真与分析

2.5.3 转工况过程仿真分析

2.5.4 关机过程仿真分析

2.5.5 仿真结果与试车结果的比较

2.6 本章小结

参考文献

第3章 冷却夹套隔片结构损伤建模与动态特性分析

3.1 引言

3.2 冷却夹套隔片的夹芯梁结构模型

3.2.1 等效夹芯梁模型

3.2.2 几何关系

3.2.3 平衡方程

3.2.4 控制方程

3.2.5 边界条件

3.2.6 夹芯梁模型方程的封闭形式解

3.3 冷却夹套隔片损伤建模与分析

3.3.1 细化模型

3.3.2 黏塑性模型

3.4 仿真结果与讨论

3.4.1 蠕变温度和激活能的影响分析

3.4.2 结构尺寸的影响分析

3.4.3 载荷的影响分析

3.4.4 系统动态过程中冷却夹套隔片损伤发展规律研究

3.5 冷却夹套隔片结构有限元分析

3.6 本章小结

参考文献

第4章 涡轮叶片结构损伤建模写动态特性分析

4.1 引言

4.2 涡轮叶片结构动态特性的有限元分析

4.2.1 用有限元分析法建立涡轮叶片的结构动力学模型

4.2.2 涡轮叶片的应力分析

4.2.3 涡轮叶片结构动态特性的有限元分析结果

4.3 涡轮叶片应力的近似计算

4.3.1 离心拉伸应力的计算

4.3.2 弯曲应力的计算

4.3.3 旋转下的振动应力

4.3.4 计算结果与分析

4.4 涡轮叶片的疲劳损伤分析方法及模型

4.4.1 循环应力—应变曲线

4.4.2 应变—寿命法

4.4.3 Miner疲劳累积损伤理论

4.5 基于时间的疲劳损伤在线计算模型

4.5.1 基于时间的损伤定义

4.5.2 弹性损伤与塑性损伤的加权平均

4.6 应用损伤曲线法建立非线性累积损伤模型

4.6.1 加载序列效应对疲劳损伤的影响

4.6.2 损伤曲线法

4.6.3 改进的损伤曲线法

4.7 涡轮叶片的疲劳损伤算例

4.7.1 涡轮叶片的应力—时间历程（应力谱）

4.7.2 疲劳损伤计算流程分析

4.7.3 涡轮叶片疲劳损伤计算

4.8 本章小结

参考文献

第5章 发动机减损控制的传统优化方法

5.1 引言

5.2 发动机减损控制律综合分析过程

5.2.1 发动机减损控制的一般分析过程

5.2.2 构造目标函数

5.2.3 提取约束条件

5.2.4 问题的解

5.3 减损控制律综合分析的主要目标法

5.3.1 理论基础

5.3.2 仿真结果与分析

5.4 减损控制律综合分析的线性加权和法

5.4.1 理论分析

5.4.2 仿真结果与分析

5.5 液体火箭发动机减损控制研究算例

5.5.1 算例一：起动过程中控制输入序列的优化选择

5.5.2 算例二：起动过程的减损控制

5.6 本章小结

参考文献

第6章 发动机减损控制的智能优化方法

6.1 引言

6.2 减损控制律综合分析的遗传算法

6.2.1 遗传算法在减损控制律综合分析中的适用性

6.2.2 遗传算法综合分析减损控制律的流程

6.2.3 SPEA在减损控制律综合分析中的应用

6.2.4 仿真计算结果与分析

6.3 减损控制律综合分析的多目标粒子群算法

6.3.1 粒子群算法的基本问题

6.3.2 多目标粒子群算法应用中的问题

6.3.3 多目标粒子群算法综合分析减损控制律的流程

6.3.4 计算结果与讨论

6.4 本章小结

参考文献

第7章 基于模糊神经网络的发动机在线减损控制

7.1 引言

7.2 模糊减损控制的方案设计与分析

7.2.1 模糊减损控制的适用性分析

7.2.2 本书提出的模糊减损控制方案

7.3 模糊减损控制器设计与实现

7.3.1 模糊化与去模糊化处理

7.3.2 模糊控制规则库

7.3.3 仿真结果与分析

7.4 基于模糊神绎网络的减损控制研究

7.4.1 模糊神经网络减损控制系统

7.4.2 模糊神经网络减损控制器设计

7.4.3 模糊神经网络减损控制器的训练与测试

7.4.4 仿真计算结果与分析

7.5 本章小结

参考文献

第8章 氢氧发动机减损控制技术研究与应用

8.1 引言

8.2 氢氧发动机系统动力学模型

8.2.1 液氢泵

8.2.2 涡轮

8.2.3 燃烧室

8.2.4 预燃室

8.2.5 液氧控制阀门

8.2.6 液氢供应管路

8.2.7 推力室冷却夹套隔片

8.3 发动机工作过程仿真

8.3.1 发动机工作过程稳态仿真

8.3.2 发动机过渡过程仿真

8.4 涡轮叶片减损控制仿真与分析

8.5 冷却夹套隔片损伤演化过程仿真与分析

8.6 本章小结

参考文献

《可重复使用液体火箭发动机减损控制理论与方法》主要内容包括：建立了液氧/煤油火箭发动机系统动力学的非线性数学模型和通用的液体火箭发动机模块化仿真模块库，不仅可用于发动机起动过程、稳态过程等的仿真研究，而且突破了减损控制技术主要应用线性化模型的研究现状；集成传统优化、进化计算等技术，研究发展了基于多目标群体智能和非数值优化的液体火箭发动机减损控制律综合分析方法；针对发动机在线减损控制问题，提出建立了基于模糊逻辑和模糊神经网络的智能减损控制方案与控制器设计方法，并设计实现了冷却夹套隔片与主涡轮叶片等关键部件损伤增量同步减少和状态实时更新的闭环减损控制器。