基于Modelica和Dymola的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)建模與仿真.pdf

1、航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，包括壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、噴管、進(jìn)氣道等主要部件及子系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)部件精確的計(jì)算機(jī)建模能夠幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，消除多次的設(shè)計(jì)反復(fù)而節(jié)約開發(fā)成本。本文的目的就是要開發(fā)一個(gè)通用的部件及子系統(tǒng)的模型庫(kù)，用來(lái)作為基礎(chǔ)工具，在概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段建立航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)模型，提供一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析工具。 本文采用模塊化建模方法，首先按照實(shí)際物理設(shè)備對(duì)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行

2、了模塊化分解，包括軸流式壓氣機(jī)、離心式壓氣機(jī)、渦輪、燃燒室、噴管、進(jìn)氣道等主要模塊，以及起動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)軸、大氣環(huán)境、接口和函數(shù)等附屬模塊。然后利用Modelica語(yǔ)言和Dymola編譯器進(jìn)行模塊庫(kù)的開發(fā)。為了提高模型的可重用性，根據(jù)各個(gè)部件及子系統(tǒng)的典型特征和相應(yīng)的物理定律，建立具有抽象性的各種模塊，并將這些模塊按一定的規(guī)則組織成模塊庫(kù)。從用戶的角度看，此模塊庫(kù)中的模塊具有普遍意義，可以根據(jù)需要進(jìn)行定制，而且在通常情況下只要了解模塊的接口就

3、可以使用模塊，而不需要知道模塊內(nèi)部的情況。 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部件級(jí)建模是系統(tǒng)級(jí)建模的基礎(chǔ)，建模的精度取決于部件特性的準(zhǔn)確性和模型簡(jiǎn)化程度。本文重點(diǎn)介紹了航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件及子系統(tǒng)的工作原理，綜合采用了特性方程法和基于級(jí)的建模法建立壓氣機(jī)和渦輪的模型，從微觀的壓氣機(jī)級(jí)和渦輪級(jí)的特性方程來(lái)研究壓氣機(jī)系統(tǒng)和渦輪系統(tǒng)，因此利用所建立的級(jí)的數(shù)學(xué)模型并結(jié)合Modelica語(yǔ)言和Dymola編譯器，能夠組裝成復(fù)雜的壓氣機(jī)系統(tǒng)和渦

4、輪系統(tǒng)模型并能實(shí)現(xiàn)仿真；基于管流理論建立噴管和進(jìn)氣道的模型，對(duì)收－擴(kuò)噴管喉部面積隨飛行馬赫數(shù)的變化關(guān)系、可變幾何噴管主次流面積隨主流馬赫數(shù)的變化關(guān)系以及固定幾何內(nèi)壓式進(jìn)氣道特性進(jìn)行了仿真。 在部件級(jí)建模的基礎(chǔ)上，進(jìn)而與其他部件和子系統(tǒng)連接組成航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)級(jí)模型，對(duì)單軸燃?xì)獍l(fā)生器的抽吸特性和雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了仿真，其中以雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為例詳細(xì)介紹了系統(tǒng)級(jí)建模和仿真的過(guò)程。部件和系統(tǒng)級(jí)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，本文