不同维度缩放方法在航空发动机总体仿真中的应用

为了研究完全耦合和迭代耦合方法的实现途径及两种方法的差异,针对涡扇发动机,建立了风扇部件的二维仿真模型,发展了基于完全耦合和迭代耦合两种维度缩放方法的发动机多维度仿真模型,对比分析了两种方法在仿真结果、计算速度及可操作性等方面的差异,同时对比了基于部件通用特性图的发动机零维仿真模型与多维度仿真模型的计算结果。结果表明:采用完全耦合方法进行维度缩放时,需要结合部件二维仿真模型对边界条件的要求调整迭代变量,同时需使用发动机零维仿真模型的计算结果作为多维度仿真模型中迭代变量的迭代初值,才能保证模型的收敛性;采用迭代耦合方法进行维度缩放时只涉及部件二维仿真模型与发动机零维仿真模型之间的参数传递控制,更容易实现。在计算均收敛的情况下,基于完全耦合方法与迭代耦合方法的发动机模型的计算结果无明显差异,但后者的计算速度更快。与基准模型相比,基于部件通用特性图的发动机零维仿真模型计算得到的推力最大误差大于8.34%,而多维度仿真模型的推力和耗油率的误差均小于3%,多维度仿真模型可更准确地预估发动机性能。     

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。     

航空发动机特性仿真技术的进展与展望

回顾了航空发动机特性仿真技术的产生背景，综合叙述了从稳态特计算到瞬态特性计算，从特性仿真到综合仿真，从零维仿真到多维仿真的发展历程，介绍和评述了我国航空发动机特性仿真的研究概况及美国“数值推进系统仿真”计划和发展趋势，说明了发动机数值仿真技术及仿真试验台的应用与发展，在很大的程度上提高了推进系统设计的可信度，降低了实验与研制成本，缩短了研制周期。     

核心机驱动风扇级二维仿真模型与变循环发动机零维仿真模型耦合方法的研究

为了提高变循环发动机(VCE)零维仿真模型的可靠性和精度,建立了核心机驱动风扇级(CDFS)二维仿真模型,基于完全耦合方法,将CDFS二维仿真模型耦合于VCE零维仿真模型,发展了VCE多维度仿真模型,分析了VCE零维仿真模型与多维度仿真模型计算结果的差异,使用VCE多维度仿真模型,分析了CDFS气动参数径向非均匀分布对VCE性能的影响。结果表明,结合CDFS二维仿真模型对边界条件的要求,重新选取VCE仿真模型中的迭代变量和平衡方程,可以基于完全耦合方法建立VCE多维度仿真模型;与零维仿真模型相比,CDFS二维仿真模型考虑了部件几何参数等物理信息,可以为VCE循环参数分析提供更加真实的部件工作特性,并在功率平衡与流量平衡等条件的约束下引起其它部件工作点及VCE性能的变化;VCE零维仿真模型与多维度仿真模型所得推力的最大差异为2.99%;结合CDFS涵道比,可以将CDFS出口气动参数径向非均匀分布这一流动特性耦合到VCE循环参数分析中;VCE多维度仿真模型对迭代变量初值的选取提出了更高的要求,需要使用VCE零维仿真模型的解作为初值以保证收敛性。     

基于试验数据的发动机部件串行协同仿真方法

为探究整机与部件仿真数据和测试数据的匹配性，基于MATLAB/SIMULINK、Python和通用商业CFD软件，开发了数据驱动的部件串行协同仿真技术，主要由航空发动机整机的集成仿真平台和部件串行协同仿真平台组成。其中，集成仿真平台采用模块化的方法对发动机部件建模，结合共同工作方程及边界约束条件，实现了发动机整机和部件特性的迭代模拟；发动机部件串行协同仿真平台采用自编程序结合底层求解程序，提出了重叠区域的交界面数据传递与处理方法，实现了部件间的串行仿真和边界迭代求解，完成了零维、三维仿真的耦合求解过程。以某小型涡喷发动机为研究对象，基于已有试验数据进行案例验证，计算结果最大误差不超过5%，表明集成仿真平台与串行协同仿真平台的准确性及工程应用价值。     

航空发动机性能与二次空气系统的耦合仿真模型

提出了一种航空发动机整机全流域零维仿真方法。该方法采用模块化建模的思想，集成并实现了发动机过渡态总体性能模型与空气系统模型之间的动态数据交互和耦合求解，基于面向对象的技术开发了模块化的仿真程序，以某涡扇发动机的核心机为对象建立了仿真算例，模拟并分析了过渡过程中空气系统各引气、汇流支路的动态变化及其对发动机总体性能参数的影响。结果表明:发动机主流道与内流空气系统的动态交互作用虽然并不会显著影响发动机过渡过程总体性能参数，但却足以造成空气系统各局部支路显著的非均衡响应，这是现代高性能航空发动机精细化设计中不应忽略的因素。      

航空发动机多部件3维性能联合仿真探索验证与展望

航空发动机各部件在单独进行3维仿真时，其流道气动参数和部件性能参数与总体匹配设计值之间通常存在一定的偏 差，为减小部件仿真与总体设计值之间的差异，将工程设计应用较为广泛的总体性能程序和各部件3维模型相结合，开展各部件3 维模型在整机匹配约束条件下考虑部件之间相互影响的性能联合仿真，探索了多部件联合仿真方法，建立整机3维仿真架构，通 过整机3维仿真获得了航空发动机多部件内部及部件间界面流动情况。仿真结果表明：主流道流场参数相比单部件3维仿真更加 接近设计值，与设计值之间的偏差量不超过4%，满足工程应用要求。提出了整机匹配约束下航空发动机多部件3维性能仿真技 术发展思路。     

航空发动机全三维数值仿真技术

<正>航空发动机数值仿真是在计算机虚拟环境中,实现对航空发动机整机、部件或系统等的高精度、高保真多学科耦合数值模拟,是助推航空发动机从"传统设计"到"预测设计"研发模式变革的重要手段。航空发动机数值仿真可分为零维、一维、准三维和全三维四种。其中,全三维仿真能反映三维流动细节,是航空发动机设计的发展方向,拥有巨大的应用前景。20世纪90年代以来,我国航空发动机数值仿真工作取得了很大进展,各个部件均建立起了三维设计体系,但对发动机整机性能方面的模拟尚不完善,在发动机全流道内开展设计点和非设计点全三维仿真十分困难。     

硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机起动过程的模拟（投稿 空间推进专刊）

无毒单组元液体火箭发动机是空间推进的发展方向之一。本文针对硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机的起动过程,建立了零维模型、不考虑相变过程的仿真模型,和考虑相变过程的仿真模型,并采用这些模型对60 N发动机进行了起动过程的模拟和对比分析。计算结果显示,推力室升压过程历经快速的气体充填和较慢的催化室升温两个阶段。零维计算模型和不考虑相变的CFD方法计算得到的两个阶段时长基本一致,但第一阶段时间显著低于试验结果,第二阶段时长与试验符合。考虑推进剂相变过程的模型计算结果与试验结果符合较好。一维计算得到HAN基推进剂在进入催化床约4mm的长度内完全分解。升压第一阶段受催化分解影响很大,HAN基推进剂的分解反应速率低于肼的分解反应速率。     

硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机起动过程的模拟

无毒单组元液体火箭发动机是空间推进的发展方向之一。针对硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机的起动过程,建立了零维模型、不考虑相变过程的仿真模型和考虑相变过程的仿真模型,并采用这些模型对60 N发动机进行了起动过程的模拟和对比分析。计算结果显示,推力室升压过程历经快速的气体充填和较慢的催化室升温两个阶段。零维计算模型和不考虑相变的CFD方法计算得到的两个阶段时长基本一致,但第一阶段时间显著低于试验结果,第二阶段时长与试验结果符合。考虑推进剂相变过程的模型计算结果与试验结果符合较好。一维计算得到HAN基推进剂在进入催化床约4mm的长度内完全分解。升压第一阶段受催化分解影响很大,HAN基推进剂的分解反应速率低于肼的分解反应速率。     

激光半主动航空制导武器半实物仿真研究

介绍了激光半主动航空制导武器制导控制系统的系统组成、半实物仿真试验方法、关键参试设备、仿真工作流程及半实物仿真误差干扰因素,通过某型激光半主动制导武器半实物仿真试验验证,结果表明该仿真方法具有很高的可操作性和科学性,能全面地对制导控制系统进行考核,节约了试验成本和仿真时间,对制导控制系统整体性能评估和加快研制进度有重要的意义。     

无人机飞行控制半物理仿真系统设计

飞控计算机应用到无人机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文设计了对飞控计算机进行全面测试的飞行控制半物理仿真系统。选用RTLinux作为操作系统,使用MATLAB Simulink建立某型无人机飞控系统仿真模型,采用RTW（Real Time Workshop）工具,自动生成优化的嵌入式实时仿真代码,在线调整模型参数并监视仿真数据。大量仿真试验表明：该方法能够较大程度地提高仿真代码的效率和可靠性,降低仿真软件的开发工作量,缩短开发周期,提高仿真软件的质量和仿真系统的性能,是一种值得推广的方法。     

某无人驾驶飞机的半实物仿真

在以VAXlab 计算机为主机的小型通用动力学半实物仿真系统上对无人驾驶飞机的运动进行了半实物实时仿真。讨论了无人驾驶飞机运动的仿真模型和实时积分算法, 给出了气动系数的实时插值计算方法。结果表明, 该仿真系统结构合理可靠, 并且容易编程, 采用的运动模型和仿真算法也完全满足仿真要求, 达到了预期目的。     

某型飞机座舱模拟训练系统的设计与实现

为解决军械飞机维护人员实习中存在的成本高,效率低,有一定的危险性等突出问题,设计了某型飞机仿真训练系统,重点讨论了系统硬件组成、声音仿真和设备的模拟显示,声音仿真采用了DirectSound声音控制技术,显示设备采用了图像控制技术,给出了部分VC++程序原代码。该模拟训练系统不仅制作成本低,而且辅助训练手段多,训练效率高。     

航天器测控仿真方法研究

航天器发射前,航天飞行控制中心需要对相关测控方案和软件进行验证。利用仿真系统验证测控方案和软件是一种行之有效的途径。航天器测量数据、轨道和姿态控制仿真是航天飞行控制中心仿真系统的重要组成部分。分别讨论了航天器测量数据、轨道控制和姿态控制仿真方法,分析了航天器测控仿真系统的建立,通过仿真结果说明了仿真方法的合理可行。     

快速仿真方法在蒙特卡洛打靶中的应用

基于Matlab/RTW的快速仿真方法是一种适用于大批量运算的仿真方法.以某型巡航导弹为研究对象,首先建立了导弹六自由度数学模型,然后利用该快速仿真方法对其进行了蒙特卡洛打靶,完成了对导弹的制导精度和脱靶量的评估.仿真结果表明,该快速仿真算法可以有效地加快仿真速度,从而大大提高仿真的效率.     

主动控制技术(ACT)验证机工程飞行仿真系统设计

研究一种我国自行研制、开发的用于ＡＣＴ验证机的研制和试飞的多功能工程飞行仿真系统,分析了系统的设计概念、原则和功能要求,提出了面向多功能要求（全数字实时飞行仿真、电传飞控铁鸟台综合试验、飞行训练模拟和工程飞行仿真）的总体设计和总体结构,研究了ＡＣＴ验证机动力学特性的建模、仿真和提高仿真逼真度的方法。研究和开发了工程飞行仿真的实时管理软件系统和人机（用户）接口。系统应用实践和试飞飞行员的评价表明设计是成功的,是一种性能／价格比高的工程飞行仿真系统。     

航班起飞和着陆的微观仿真模型研究

起飞和着陆过程的微观仿真是提高跑道运行仿真逼真度的关键技术之一。详细分析了起降过程仿真各阶段的运动特征,提出了基于运动方程和气动模型的计算机仿真模型。通过仿真实验说明该模型能正确表现航班起飞和着陆的微观运动过程,准确反映特征运动及其发生时刻。该模型在容量评估、跑道运行管理和塔台管制仿真中具有广泛的应用前景。     

航电系统作战飞行程序仿真运行环境研究

本文对作战飞行程序(OFP)软件运行的软硬件环境及动态模拟综合(DSI)试验环境进行了介绍.通过对飞机、1553B总线系统、显控处理机和相关终端设备建立仿真模型,用纯软件实现了全部硬件环境功能的模拟.文章对该仿真软件架构及关键模块的设计进行了详细说明.该仿真软件实现了作战飞行程序在普通办公环境下的动态可视化开发.该仿真...     

复合制导空空导弹快速仿真研究与应用

针对某新型导弹系统．在六自由度弹道仿真的详细数学模型基础上对各分系统进行合理有效地简化，采用各简化模型以及适当的积分方法和积分步长，对整个导弹快速仿真系统进行实现。在进行精度分析时，将快速仿真系统计算出的导弹允许攻击区与详细仿真的结果进行了对比，对比结果表明：快速仿真得到的发射包线与详细仿真的结果基本一致，满足机载计算机的实时性和快速性要求。