(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111569036.8 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 刘佩松　肖玲斐　刘威　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 代理人 唐少群 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种MPC-NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃 滑油热管理系统的设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种MPC ‑NLPIDsech的航空发 动机齿轮泵燃滑油热管理系统的设计方法， 包 括： 确定航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统的 各个模块， 其包括： 燃油箱、 外啮合齿轮泵、 直流 电机、 MPC ‑NLPIDsech控制器、 管壳式燃滑油换热 器、 滑油箱； 针对外啮合齿轮泵、 直流电机以及管 壳式燃滑油换热器 分别进行建模； 根据外啮合齿 轮泵、 直流电机以及管壳式燃滑油换热器的模 型， 设计MPC ‑NLPIDsech控制器。 本发明为了提高 控制性能， 采用了MPC ‑NLPIDsech控制算法取代 传统的PID算法， 降低了超调量， 加快了响应速 度， 取得了良好的控制效果。 权利要求书5页 说明书13页 附图7页 CN 114154271 A 2022.03.08 CN 114154271 A 1.一种MPC ‑NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统的设计方法， 其特征在 于， 所述设计方法包括如下步骤： 步骤S1、 确定所述航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统的各个模块， 其包括： 燃油箱、 外啮合齿轮泵、 直 流电机、 MPC ‑NLPIDsech控制器、 管壳 式燃滑油换 热器、 滑油箱； 步骤S2、 针对所述外啮合齿轮泵、 直 流电机以及管壳 式燃滑油换 热器分别进行建模； 步骤S3、 根据步骤S2中的得到的所述外啮合齿轮泵、 直流电机以及管壳式燃滑油换热 器的模型， 设计所述MPC ‑NLPIDsech控制器。 2.根据权利要求1所述的一种MPC ‑NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统 的设计方法， 其特 征在于， 在所述 步骤S2中， 针对所述外啮合齿轮泵 进行建模， 具体包括： 首先针对由渐开线参数和几何尺寸完全相同的两个齿轮组成的外啮合齿轮泵， 其理论 输出流量为： 公式(1)中， ω为电动机转速， rad/s， B＝15mm为齿轮厚度， Ra＝19.25mm为齿顶圆半径， Rc＝15.75m m为齿轮节圆半径， 然后令所述外啮合齿轮泵有侧槽， 并且有对称的理想卸荷槽， 具体为： 其中， 基节长度定义 为： 公式(2)中， Rb＝13.78m m为基节长度； z＝8为齿轮齿数。 3.根据权利要求2所述的一种MPC ‑NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统 的设计方法， 其特 征在于， 在所述 步骤S2中， 针对所述 直流电机进行建模， 具体包括： 设定所述 直流电机的传递 函数为： 公式(3)中， S为 一个关于时间的函数， 用于将时域 通过拉式变换为复域。 4.根据权利要求3所述的一种MPC ‑NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统 的设计方法， 其特征在于， 在所述步骤S2中， 针对所述管壳式燃滑油换热器进行建模， 具体 包括： 首先设定所述管壳式燃滑油换热器用于对滑油降温、 对燃油加温， 并且滑油走壳程， 燃 油走管程； 然后再对壳程 参数以及管程 参进行设定， 其中， 对壳程 参数进行设定， 具体包括： 设定燃油体积流 量可调范围为： 公式(4)中， L表示体积单位升、 H表示时间单位小时；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114154271 A 2设定燃油质量 流量范围为： mf＝Qfv×ρf         (5) 公式(5)中， ρf＝726.4kg/m3为燃油密度； 设定定性温度下流体动力粘度为： μf＝vf×ρf        (6) 公式(6)中， vf为燃油运动粘度， 具体为vf＝0.7mm2/s； 设定滑油质量 流量为： mh＝ρh×Us×Sm        (7) 公式(7)中， ρh表示为滑油密度， Us表示为壳程横流速度， Sm表示壳程横流 面积。 5.根据权利要求4所述的一种MPC ‑NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统 的设计方法， 其特征在于， 设定燃油定性 温度为90℃， 滑油定性温度为 125℃； 壳程横流速度 Us＝0.839m/s， 壳程横流面积Sm＝993.75mm2， 滑油密度为： ρh＝0.9729 ‑0.000035T， 其中， T 为滑油温度。 6.根据权利要求5所述的一种MPC ‑NLPIDsech的航空发动机齿轮泵燃滑油热管理系统 的设计方法， 其特 征在于， 对管程 参数进行设定， 具体包括： 设定特征管径尺寸： 公式(8)中， d0表示为散热管外径， 散热 管外径do＝2mm， Pt表示为管中心 距， 为1.25do； 设定换热管总管数： Nn＝N×n      (9) 公式(9)中， N表示 为每个管程的管子数， n表示 为管程数； 设定管内流体面积： 公式(10)中， di表示为散热管内径； 设定滑油与燃油之间的平均温差为： 公式(11)中， 温差修正系数Ft＝1， Δt1表示为滑油出口温度减去燃油进口温度， Δt2表 示为滑油进口温度减去燃油出口温度， Tf,o表示为燃油出口温度， Tf,i表示为燃油进口温度， Th,o表示为滑油出口温度， Th,i表示为滑油进口温度； 换热器中换 热量为： Q＝KAΔtm     (12) 公式(12)中， K为换 热系数， A为总换 热面积；权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114154271 A 3