航空发动机部件级组件化模型研究

根据发动机结构和热力学的特点,将发动机整机分解成8个组件对象,设计了基于组件的航空发动机部件模型,建立了发动机模型的组件库,并设计了实时数据库组件和算法组件等辅助仿真组件;采用所建立的组件库成功构建了单轴涡喷发动机和双轴混排涡扇发动机的模型,并进行了稳态和动态仿真,与GSP相比,该仿真结果误差小;验证了基于组件的发动机部件级建模的有效性。     

基于算法组件动态组合的固体火箭发动机计算机辅助设计/计算机仿真(SRMCAD/CS)

提出了一种新的软件模型根据发动机设计人员的设计/仿真任务动态地组合算法组件得到所需的设计/仿真算法, 模型可以灵活地胜任发动机设计领域变化多样的设计/仿真计算任务, 并且可以使整个软件系统具有很好的扩展性.该研究意图在于创建一个规范、开放的算法组件接口体系, 在此基础上建立一个可重用、可扩展的算法组件库和一个算法组件动态组合机制, 从而将设计人员编制设计/仿真算法的任务转变成利用已有算法组件动态地组合出所需的设计/仿真算法.该模型让设计人员在设计/仿真工作中重用算法组件库中已有的算法成果, 同时又保持了设计人员的自主性, 使设计人员的工作变得更加容易和高效.      

基于GasTurb/MATLAB的航空发动机部件级模型研究

基于航空发动机总体性能分析软件GasTurb及其源代码,利用动态链接库技术实现在控制系统开发平台MATLAB下直接调用GasTurb部件级动态模型,并在Simulink下建立了包含涡喷、涡扇、涡轴、涡桨在内的22种发动机类型的部件级模型库,实现了两者之间的无缝衔接.应用实例与仿真结果验证了所建模型的有效性与高度可定制性.消除了从总体性能分析阶段过渡到控制系统开发阶段存在的交互障碍,为发动机控制和故障诊断研究提供了一种灵活的仿真平台.      

一种面向硬件在环的控制系统协同设计综合平台FWORKS

为实现航空发动机控制系统在数字仿真阶段的多用户、多学科协同功能，提高设计研发效率，搭建了全数字综合仿真平 台 — —FWORKS。针对常规数字仿真软件难以实现多用户间并行开发的缺点，采用分布式设计架构，通过以太网络将多个服务端 软件和人机交互软件相互联系，实现并行开发人数不少于30人的功能。该平台集成了EmbeddedCoder、SVN等工具，具备多学科 协同仿真、模型和算法的存储调用等功能。通过集成硬件在环平台所需第三方软件及编译环境等，FWORKS实现了与硬件在环平 台的无缝对接。结果表明：FWORKS仿真结果与传统全数字仿真的误差小于0.4%，与硬件在环平台的误差小于1%，表明该平台 仿真具有较高的准确性以及功能的有效性，为控制系统设计人员提供了开放的综合仿真平台。     

航空发动机系统级仿真研究的回顾与展望

实践证明计算机仿真是降低发动机研发费用,缩短开发周期的一个重要手段。各国都对此进行了大量研究。其仿真正在从单一的、定制的仿真程序向多学科综合的、适应各种需要的综合的仿真环境发展。本文从航空发动机系统级仿真的角度对国内外近年来在相关仿真软件和系统开发方面的工作做了简要概述和总结。并结合当前航空发动机系统级仿真的现状以及计算机仿真理论的发展,探讨了未来航空发动机系统级仿真的发展趋势。      

某型氢氧火箭发动机频率特性模块化建模计算分析

为分析某型氢氧火箭发动机频率特性,建立了主、副系统耦合的线性化动态模型：通过一维分布参数模型描述管路特性;采用考虑熵波的绝热流动模型描述燃烧组件特性;推导了转速脉动反馈的传递函数,采用考虑气蚀效应的模型描述泵组件;采取有理近似式表达分布式参数模型和热力组件中的超越函数。在Simulink平台上建立模块化仿真模型,采用扫频法获取频率特性,并利用热试车数据进行验证。结果表明,所开发的模块化仿真库对工程应用十分友好,可用于分析发动机系统低频至中频频率特性;该型发动机在燃气脉动激励下将产生主系统10、165 Hz和副系统124、204 Hz的频率响应;考虑转速脉动反馈计算所得特征频率更加准确;增加泵前管路局部流阻和燃气发生器喷注压降,可提高发动机系统稳定性。     

组件技术在虚拟试验仿真软件开发平台的应用

针对虚拟试验领域仿真软件可复用性差、维护难度高、开发周期长等缺点,利用组件技术设计并实现了一个仿真软件开发平台。平台基于“框架＋插件”的体系结构,设计了一套完整的组件接口规范和组件间的通信机制,并综合利用了工厂方法、发布订阅、单例、模板等多种设计模式,降低了模块之间耦合性,提高了代码的复用性。使用平台开发的仿真软件具有开发周期短、成本低、扩展性强、易升级维护等特点。     

液体火箭发动机一种通用模块化仿真方法

为了研制一种较为通用的液体火箭发动机工作过程的仿真软件，依据模块化建模思想，建立发动机各组件的Simulink仿真模块。根据发动机系统中各组件之间的参数信号传递关系，连接各模块的相应输入输出端口即形成整个发动机系统的仿真模型。对某型发动机的起动过程进行仿真计算，结果表明这种模块化的建模仿真方法易操作，较通用。     

面向对象的涡扇发动机及控制系统仿真平台

研究了面向对象的航空发动机数值仿真平台实现机理, 构建了涡扇发动机及其控制系统模型库, 采用面向对象方法完成了模型库及辅助类库的代码实现;研究了交互式仿真界面及模块化构建仿真系统的关键技术, 在此基础上结合模型库、辅助类库构建了涡扇发动机及其控制系统通用仿真平台, 仿真结果表明, 该平台可计算发动机从零加速到最大状态的全程实时动态仿真, 动态误差小于8%, 控制系统响应快, 超调小, 能够满足发动机控制仿真的需求.      

基于UML的航空发动机仿真建模研究

面向对象建模技术是建立可重用和扩展灵活的航空发动机仿真软件的有效途径。本文论述了应用可视化面向对象统一建模语言(UnifiedModelingLanguage)建立航空发动机仿真软件模型的方法和过程,首次运用UML表示法中的用例图、类图、顺序图和活动图描述了发动机仿真软件模型,并用C++编程实现了仿真软件中发动机模型类库、算法类及图形界面类,在此仿真平台上成功的实现了某双轴涡扇发动机的稳态仿真和动态仿真。结果表明,UML是建立扩展灵活的发动机仿真软件的有力工具。      

航空发动机数控系统通用仿真和开发平台的构筑

通过研究提出了一种集航空发动机数字控制系统设计、发动机调节计划和控制规律研究、控制系统软件开发、软件集成测试，以及控制器全功能检查为一体的通用仿真平台的设计构想。并对该高综合、多功能发动机通用仿真平台作了进一步的阐述。     

基于Matlab/Simulink的直/发一体化建模 与故障诊断

针对目前航空发动机控制系统设计仅以单一的发动机为对象,没有考虑直升机与发动机之间的动态耦合的问题,基于Matlab/Simulink高级图形的仿真条件,建立了1种适用于快速控制原型的UH60直升机/T700发动机一体化综合模型,从而为发动机故障诊断提供可靠仿真平台。仿真结果表明:在直升机与涡轴发动机耦合因素影响条件下,基于改进卡尔曼滤波器,可实现发动机气路部件的故障诊断,并验证了其有效性。     

面向对象的航空发动机电子控制器建模与仿真

为了模拟航空发动机电子控制器的结构和功能,根据1种典型的民用涡扇发动机数字电子控制器的硬件结构和工作原理,采用基于面向对象的建模方法,为航空发动机数控系统仿真平台FADEC Works搭建了数字电子控制器部件仿真类库,利用数字电子控制器部件仿真类库建立了双通道数字电子控制器模型,在FADEC Works仿真平台上与发动机模型进行了集成,构成了航空发动机闭环数控系统,并对搭建的双通道数字电子控制器模型进行了仿真和验证。结果表明:利用数字电子控制器部件仿真类库搭建的数字电子控制器模型能够模拟数字电子控制器的运行过程。该模型可应用于控制运行逻辑、故障诊断逻辑、通道切换逻辑的开发、集成、测试和验证。     

涡喷发动机涡轮改型匹配的数值仿真

改型后的涡轮在匹配上与发动机其余部件存在流量偏小和功率偏大的偏差，解决方案是改变涡轮导流叶片的安装角和调节涡轮出口的背压，采用将涡轮全三维仿真与发动机总体零维仿真相结合的设计方案，对某单轴涡喷发动机的涡轮特性改进对发动机总体性能的影响进行了研究，其结果可作为初步意见供以后部件改型设计参考。     

双调变推力液体火箭发动机的关机

在分析了喷注器整体针阀及调节杠杆的受力情况后,针对整体针阀的弊端提出利用推进剂液压力为关机驱动力的双针阀喷注器,有效地解决了双调变推力液体火箭发动机的关机。试验证明起动关机和动态响应迅速,关机后两组元均能可靠断流。     

基于数据的发动机模型匹配方法研究

针对在使用环境条件下发动机部件特性未知的问题,为获得在实际装机条件下的发动机部件特性,采用1种基于参考数据的发动机部件级模型匹配方法,在对测量数据和模型特征分析的基础上,选取适当调整参数,以模型在非设计点的仿真输出与参考数据的匹配精度为目标,通过迭代方法求解部件特性。仿真数据表明:采用基于数据的发动机匹配技术得到的发动机模型,其仿真输出与参考数据的偏差均在允许范围内。利用该方法可以得到在使用条件下的发动机部件特性,为装机状态发动机的仿真预测提供技术支撑。     

变循环发动机模式转换对压缩部件的影响

针对变循环发动机在模式转换过程中模式选择阀回流对压缩部件产生影响的问题,建立了不同模式选择阀角度的压缩系统模型,开展了多工况联合数值仿真,详细分析了在模式转换过程中外涵的流动特征以及回流对压缩部件的影响,针对回流发生机理,从整机调节的角度提出了避免回流的措施并进行了数值验证。结果表明:变循环发动机在模式转换时直接打开模式选择阀将导致气体发生回流,回流使风扇工作点升高、喘振裕度下降,模式选择阀打开至14°时风扇接近喘振边界,回流导致CDFS进口产生进气畸变,压力畸变指数最高达到15%,从而影响CDFS的性能。在模式转换前打开喷口和后涵道引射器,再配合调节前涵道引射器和CDFS进口导叶,可以避免发生回流,从而保证变循环发动机稳定工作。     

基于TTP/C总线的开放式DEEC设计及PIL仿真验证

基于自主设计的TTP/C(时间触发协议)总线控制器,提出了开放式DEEC(发动机数字式电子控制器)的冗余架构,将其划分为输入、核心计算及输出3种智能节点,并制定了各个智能节点的任务调度规划图.设计了基于DSP(digital signal processor)+FPGA(field-programmable gate array)的智能节点硬件平台,在此基础上完成各智能节点的软件设计.最后构建了开放式DEEC的PIL(process in the loop)仿真测试平台,以发动机模型为控制对象,展开了状态调节试验和总线故障注入试验.试验结果证明该开放式DEEC是可行的,并具有良好的重构特性.      

涡桨飞机发动机进气道排除异物特性数值方法研究

根据适航规范针对常见的两种外来异物：冰雹与冰块进行本体特性研究,确定两种外来异物的几何、质量以及初始姿态特性。耦合计算流体力学(CFD)以及六自由度方法(6DOF),开展涡桨发动机进气道以及旁通道中的异物运动排除特性数值模拟,分析其气动特性以及运动轨迹。针对运动中可能存在的碰撞现象,进一步联合LS-DYNA软件进行仿真分析,建立合理有效的涡桨发动机进气道外来异物排除数值模拟方法。以某型涡桨发动机为例,两种异物的计算结果表明,一旦异物与壁面发生碰撞,碎裂成若干很小的碎块,能量损失,对发动机威胁较小,无论是进入主发动机或者旁通道,均可认为排除。但是,由于下壁面结冰区的冰块容易直接进入主发动机,有可能造成严重影响,需要重点关注。