题目：高速热气流风洞的燃油流量与燃气温度控制

高速热气流风洞是用来进行航空发动机叶片热应力实验和动态校准高温温度传感器以及对高速飞行器试件热测试的热流场模拟实验系统。它的性能的好坏直接关系到动态温度校准的准确度和高速飞行器试件安全测试的可信度，从而不仅对航空领域的型号研制、科研、试验和生产产生重要的影响，而且也直接影响着高速飞行器的安全性。无论是对温度传感器进行动态校准，还是对高速飞行器热部件进行热强度测试，都需要产生均匀而稳定的温度场。因此，温度控制是表征高速热气流风洞性能好坏的重要指标。所以，开展对高速热气流风洞温度控制的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。

针对高速热气流风洞燃气温度控制涉及的科学问题和关键技术，本文以中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所的高速热气流风洞群为背景，以提高高速热气流风洞的燃气温度控制能力为出发点，综合应用流体传动与控制、电力电子、CFD技术、计算机测量与控制和现代控制理论等多学科理论与技术，从燃油燃烧数值仿真、燃油供给系统流量调节与控制，风洞燃烧室燃气温度控制等方面对高速热气流风洞进行了深入的理论与实验研究。

首先，通过数值模拟的方法对燃油在圆筒燃烧室的燃烧性能进行了模拟研究。建立了燃油燃烧的分布式参数模型，并以Fluent流体计算软件为工具，分别研究了不同燃油质量流量与空气质量流量的比值（简称油气比）对燃烧室出口温度的影响，不同空气进口温度对燃烧室出口温度的影响和不同喷射角度对燃烧室出口温度的影响，为燃烧室燃气温度的控制奠定了基础。

其次，对高速热气流风洞的燃油流量控制进行了研究。针对燃油供给系统对流量宽范围调节的要求，选择高效、简单、节能的流量调节方案，设计了变频泵控与旁路比例节流阀控相结合的燃油供给系统，并建立了供油系统的数学模型。针对所设计的燃油供给系统表现出的流量滞后特性以及燃油供给系统对流量控制精度、快速性、稳定性和抑制超调的要求，提出了模糊PID预测控制与滑模预测控制算法。针对设计的供油系统在大流量时采用变频调速、小流量时采用旁路比例节流阀控方案的特点，设计了变频调速与旁路比例节流阀控切换时的无扰切换控制算法。针对在燃烧室中心和圆周布置喷嘴的风洞，提出了双路流量的协调控制策略。

再者，对高速热气流风洞燃气的温度控制进行了研究。针对风洞燃烧室温度容易受到外界环境温度变化、空气流量变化、冷却水变化以及工况变化等因素影响的特点， 建立了风洞燃烧室的集总参数模型，并在此基础上提出了以燃油流量为内环、以燃烧室燃气温度为外环的串级控制方案，实现了不同控制策略时的多种串级控制策略。

然后，以PLC为下位机，以工控机为上位机设计了一套高速热气流风洞燃油流量与燃气温度控制系统，并将上述流量与温度控制方法进行实验验证。实验表明，所设计的燃油流量与燃气温度控制系统的温度上升时间和温度控制精度等指标能够满足风洞实验的要求（温度上升时间和稳态误差对1700°C阶跃分别小于15sec和10°C），并且所设计的控制律对进气流速度变化等干扰具有很强的鲁棒性。

最后给出了论文的主要结论和进一步工作的展望。