大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)建模技術(shù)研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)建模與仿真是低成本、短周期、高效率研制發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的重要工具和手段。對(duì)新研的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型可用于控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真驗(yàn)證、實(shí)物在回路仿真驗(yàn)證以及半物理模擬試驗(yàn)驗(yàn)證；對(duì)在役的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型可作為機(jī)載模型使用，用于控制系統(tǒng)傳感器的故障診斷以及信號(hào)重構(gòu)。
　　本文以雙軸分開(kāi)排氣大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象，針對(duì)上述兩方面應(yīng)用需求展開(kāi)研究，主要內(nèi)容包括：
　　針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)仿真驗(yàn)證的需求，建立了某大

2、涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)全包線、全工作狀態(tài)部件級(jí)模型，可執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)慢車以上穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)仿真以及地面與空中起動(dòng)過(guò)程仿真。在建模過(guò)程中，外推了發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)部件特性，考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件與燃?xì)庵g的熱交換，評(píng)估了高低壓渦輪葉尖間隙、部件總壓損失變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的影響。經(jīng)仿真并與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比，模型穩(wěn)態(tài)仿真誤差小于2％，動(dòng)態(tài)仿真誤差小于5%；在全包線范圍內(nèi)，測(cè)試了4446個(gè)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，該模型均能夠計(jì)算收斂。
　　針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)氣路傳感器信

3、號(hào)重構(gòu)的需求，建立了某大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)機(jī)載模型。采用相似原理的方法，以發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)基線模型；與試車數(shù)據(jù)相比，穩(wěn)態(tài)機(jī)載模型信號(hào)重構(gòu)誤差小于2%。提出了基于簡(jiǎn)化部件級(jí)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)機(jī)載模型建模方法，通過(guò)采用簡(jiǎn)化流路計(jì)算、優(yōu)化非線性方程組迭代算法等手段，在不損失模型計(jì)算精度的前提下，機(jī)載模型在CPU主頻3.2GHz計(jì)算機(jī)中單步仿真耗時(shí)僅0.2ms，與算法改進(jìn)前相比，模型計(jì)算實(shí)時(shí)性提高了10倍。