涡桨发动机由发动机与螺旋桨两部分组成,桨发之间的匹配性能极大地影响着涡桨发动机的推进效率和经济性,同时也与涡桨动力飞机的安全性和可靠性密切相关,因此桨发匹配既是先进涡桨发动机设计和使用中的必然要求,也是当前涡桨发动机控制领域的研究热点。本文以双轴涡桨发动机为对象开展桨发匹配与控制规律的仿真研究,内容涉及发动机与螺旋桨的建模、桨发匹配控制计划研究以及转速控制器的设计。首先,本文开展了发动机建模研究。以部件平衡方程与转子动力学方程为基础建立了发动机稳态与动态部件级模型,以动态系数法建立了发动机的简化起动模型。与实测数据的对比表明,本文建立的部件级模型具有较高的稳态精度,动态系数法能以较小的误差模拟发动机的起动过程。其次,本文开展了螺旋桨建模研究。分析了相似理论和片条理论两种螺旋桨建模算法,提出利用CFD方法获取片条理论建模所必需的翼型升阻力系数。计算结果表明,本文建立的片条理论模型与实测数据之间的平均误差低于10%,具有较高的稳态精度。接着,在螺旋桨-发动机综合模型的基础上,本文设计了涡桨发动机的桨发匹配控制计划。为解决设计过程中,螺旋桨-发动机共同工作稳态特性图难以有效获取的问题,提出一种基于逆算法的稳态模型求解方法。提出巡航状态下的两种综合匹配性能指标,以兼顾发动机耗油率与螺旋桨效率的匹配优化需求。仿真结果表明,相比恒转速控制计划,本文设计的单杆变转速控制计划使桨发匹配性能得到了优化,巡航状态下的平均耗油率降低了1.38%,平均综合匹配性能指标提升了2.09%。最后,本文进行了稳态转速控制器的设计与验证。基于线性化发动机模型,设计了解耦PI及LQR两种转速控制器,在Simulink平台上搭建并调试了整体仿真模型。仿真结果表明,解耦PI控制器与LQR控制器均能以较快的响应速度及较小的稳态误差对非线性涡桨发动机综合模型进行控制,实现了对指令转速信号的良好跟踪。