上世纪60年代超声速巡航飞机对动力系统的需求催生了变循环发动机的概念,此后它便一直是人们关注的焦点。变循环发动机的技术核心是“变”,只有掌握了“变”的方法,才能充分发挥其性能,而如何“变”则是控制规律设计需要解决的问题。可见,变循环发动机控制规律设计是变循环发动机研制中极其重要的一环。本文围绕变循环发动机控制规律设计这一主题,主要开展以下工作:1.变循环发动机建模方法研究。本文在研究变循环发动机关键部件工作机理的基础上,建立或改进了关键部件的计算模型。利用关键部件模型建立了双外涵变循环发动机(CDFS VCE)和三外涵自适应循环发动机(Flade ACE)的整机匹配模型,结果表明CDFS VCE和Flade ACE的整机匹配模型可以分别被描述为7元和8元的非线性方程组。同时,本文还对变循环发动机的过渡态计算模型和尺寸重量计算模型进行了介绍,为后面的控制规律设计奠定了基础。2.飞/发一体化与安装性能研究。首先介绍了飞/发一体化任务评估方法。然后研究了超声速进气道与涡轮发动机的匹配机理,重点研究了超声速进气道性能与安装阻力计算方法,并在此基础上建立了考虑进/发匹配的整机安装性能计算模型。同时,对尾喷管安装阻力的机理与计算方法进行了介绍。结果表明,本文所建立的进/发匹配安装性能计算模型能够实现多种飞行条件和多种进气道工况下的安装性能计算,与权威文献的数据相比,进气道性能参数的误差不超过1.5%,安装阻力的误差不超过9%。3.变循环发动机稳态控制规律设计方法研究。提出了用于多变量稳态控制规律优化设计的新方法——稳态逆算法,在Isight优化平台上,建立了变循环发动机节流状态与最大状态控制规律优化设计模型;研究了相似原理在变循环发动机中的应用,获得了相似换算参数描述的变循环发动机稳态控制规律;针对前可变面积引射器(FVABI)的工作特点,设计了FVABI的独立闭环控制规律。计算结果表明,本文提出的逆算法可以在计算精度不变的情况下,改善VCE整机匹配模型的收敛性和收敛速度;所设计的节流状态控制规律可有效降低亚声速巡航状态下的安装耗油率(降低16%),且节流控制规律适用于飞行剖面内的其它工作状态;FVABI的独立闭环控制规律能彻底避免第一涵道临界或第二涵道倒流的现象。4.变循环发动机过渡态控制规律设计方法研究。以单轴涡喷发动机为对象,将功率提取法与逆算法相结合,提出了变几何发动机过渡态控制规律设计的新方法——过渡态逆算法;研究了变几何参数对VCE过渡态性能的影响,建立了适用于VCE过渡态控制规律设计的过渡态逆算法模型;在Isight优化平台上,建立了变循环发动机加减速控制规律优化设计模型;在深入研究VCE转模态机理的基础上,结合过渡态逆算法,提出了VCE转模态控制规律优化设计方法。结果表明,本文提出的变循环发动机加减速控制规律优化设计方法可以缩短约50%的加减速时间,并避免加减速过程中出现超温、超转和喘振现象;本文提出的转模态过程控制规律优化设计方法能够实现VCE在多种工况下的模态转换,并避免转模态过程中出现超温、超转和喘振现象。5.CDFS VCE、Flade ACE与常规涡扇发动机性能对比与收益分析。按照超声速巡航多用途战斗机对动力系统的需求,分别完成了CDFS VCE、Flade ACE与常规涡扇发动机总体方案设计和尺寸重量评估。完成了CDFS VCE稳态、加减速和转模态控制规律的优化设计。飞/发一体化任务评估结果表明,以美国2000年水平的常规涡扇为基准,本文所设计的最优稳态控制规律,可使得亚声速巡航耗油率降低16.4%(CDFS VCE)和20%(Flade ACE),超声速巡航耗油率降低7.3%;在有效载荷不变的情况下航程和作战半径增加约17%(CDFS VCE)和20%(Flade ACE)。本文的计算分析和对比表明,本文提出的变循环发动机稳态、加减速和转模态控制规律设计方法,能够显著改善变循环发动机的稳态与过渡态性能,且具有较强的适应性,可以为VCE和ACE的研制提供重要的技术支撑。