可扩展的推进系统仿真平台:部分Ⅰ-工程模型构建

基于java的面向对象建模, 建立了可扩展的推进系统仿真平台(EPSP).研究了EPSP中分级模型建立的机制;基于组件分解和标准化接口, 提出了EPSP中所用的工程模型架构的设计.EPSP允许部件被其它类似功能的部件替换, 用户可以自己组建推进系统模型, 并进行各学科和各精度的仿真计算.如何构建EPSP的工程模型将被描述, 文中给出了部件工程模型创建的示例, 表明可以利用本平台很方便的架构推进系统模型, 体现了“插件化”的思想, 证明本平台的建模达到了预期的目标.      

涡轮电推进系统建模及控制规律设计

为了研究涡轮电推进系统的工作特性及控制规律设计方法，建立了涡轮电推进系统总体性能仿真模型。基于部件法建立了涵道风扇性能计算模型；基于电机效率图建立了发电机及电动机性能计算模型；基于面向对象的建模方法建立了电推进模块计算模型。将建立的电推进模块计算模型加入涡扇发动机部件级仿真模型中，构建了涡轮电推进系统的共同工作方程组，即其性能仿真模型。采用逆算法研究了不同几何参数控制规律下，涵道风扇推力调节时推进系统的工作特性。通过在性能仿真模型中添加推力平衡方程，并结合差分进化算法构建涡轮电推进系统优化模型，形成了涡轮电推进系统控制规律优化设计方法，应用此方法计算了推进系统节流过程控制规律和性能参数。计算结果表明：本模型设计点性能计算结果与国外发动机性能计算软件计算结果最大偏差仅为0.22%，验证了建模方法的有效性；当涵道风扇推力改变时，可能导致涡扇发动机出现超温、超转和喘振等问题，通过联合调节尾喷管喉部面积和涵道引射器面积，可以有效改善这些问题；设计出的节流过程控制规律可以保证不超温、不超转，具有足够的喘振裕度，且在节流过程中还能进一步降低耗油率；该控制规律还具有连续、单调的特点，利于工程实现。     

空间推进系统静动态特性仿真软件研究

基于特征线法进行了双组元挤压式空间推进系统动态过程仿真方法的研究,提出了在动态过程仿真模型基础上建立和求解静态特性仿真模型的方法。编制了静动态特性仿真软件,通过对某空间推进系统进行的调整工况、模拟故障时的静动态特性仿真,验证了所提出的静动态特性仿真方法的可行性和实用性,该方法可以减少仿真所需的工作量。通过扩充元件库,能够对其它类型推进系统进行仿真。     

吸气式高超声速飞行器推进系统耦合建模与分析

吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化设计,使得外形-气动-推进强耦合,给飞行器建模与控制带来巨大挑战.建立了一种基于准一维流动理论结合激波膨胀波方法的推进系统耦合分析模型,得到影响推进系统性能的因素,包括几何外形、迎角、马赫数、飞行高度、当量比等,以真实反映系统耦合特性.通过仿真计算分析了这些因素对推进系统性能的影响规律,可为飞行器初步设计阶段方案论证及一体化优化等问题提供基础和理论依据.     

推进系统综合性能寻优控制研究

研究了包括进气道和发动机在内的推进系统综合控制。采用了序列线性规划方法进行系统寻优,利用推进系统矩阵进行多次线性规划来求解非线性优化问题。利用当前的实际机载计算机完成了硬件在回路仿真试验,仿真表明研究的性能寻优控制方法能够较大幅度的提高推进系统整体性能,控制软件完全满足实时计算要求。     

空间推进系统静态特性通用仿真方法

针对采用液体推进剂的空间推进系统，提出了一种基于图论和面向对象技术的通用数值仿真方法，该方法适用于空间推进系统各种形式设计方案的检验及推进系统静态工作过程的仿真研究。应用此方法开发的软件对某空间推进系统进行了静态特性的仿真，获得良好效果，显示了很好的通用性。     

矢量电推进系统的气动-推进耦合模型

提出了一种适用于矢量电推进系统的气动-推进耦合模型，旨在通过结合理论模型与工程经验模型，实现对矢量电推进系统气动与推进性能的实时快速评估。为了准确描述系统的气动-推进耦合效应，首先，结合涵道推进增强系数公式与工程经验模型，建立涵道推进模型；紧接着建立了涵道气动模型，并基于推进效应影响完成了模型修正；然后，分析了涵道气流抽吸效应对机翼的影响，根据涵道是否倾转分别进行了讨论，完成了耦合推进系统的机翼增升模型的建立；最后，将所有模型统一至机体坐标系下，得到矢量电推进系统的气动-推进耦合模型，并依据CFD仿真计算进行了模型验证与分析。结果表明：所提出的气动-推进耦合模型可以准确描述涵道增推与机翼增升效应，能在极快的运算速度下保持较高精度，满足动力学系统与飞行控制系统的实时计算要求。     

基于多流路体积力模型的翼身融合布局飞机计算方法

针对翼身融合布局(BWB)飞机分布式系统一体化研究方法存在计算资源耗费巨大的问题,发展基于多流路体积力的飞机分布式系统一体化计算方法。从沿流线的体积力模型出发,将压气机对气流的作用力用沿流线的源项场代替。将单流路的计算模型加以扩展,综合考虑分布式推进系统与BWB的耦合影响,在分布式推进系统的压缩系统所在区域添加体积力源项,建立多流路体积力计算模型。将其应用于某大型BWB飞机进行一体化数值仿真。结果显示:相较于传统的全周定常数值模拟方法,采用多流路的体积力模型能够在保证一定计算精度的条件下提高至少10倍的计算效率。     

基于模型的故障诊断方法在飞船推进系统中的应用

在飞船推进系统的物理和数学模型的基础上,研究了基于模型的故障诊断方法在飞船推进系统中的应用。该方法是某飞船推进系统状态监测与故障诊断专家系统中的关键技术之一。仿真结果表明,这项技术的提出和应用使得根据系统模型对推进系统的不可预知故障进行监测和诊断成为可能。     

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。      

基于MATLAB/SIMULINK的航空发动机建模与仿真研究

基于MATLAB/SIMULINK高级图形仿真环境,利用图形模块化技术开发了某型双轴涡扇发动机的通用部件级模型仿真系统.模型主要利用SIMULINK的模块库和S函数构建,提出了构建发动机模型的四层次结构,具有模型层次化、可封装模块化、面向结构图和高度可视化等特点.在SIMULINK中进行动态仿真,并用试验数据曲线验证模型的正确性.为发动机控制系统和故障诊断研究建立了一种灵活的仿真平台.      

一种多任务仿真系统及其在过失速评估中的应用

为研究新一代战机的过失速特性、作战效能和空战战法等不同需求,提出了能够灵活适应多任务需求的柔性仿真系统.基于敏捷仿真系统概念和框架,将仿真系统中的各模型单元设计为一系列自治的服务模型.通过描述契约定义可重用的仿真资源,亦即“服务”,并可被机器处理.仿真系统被描述成系统层面上描述契约的组合.根据该开发方法实现多任务柔性仿真系统,支持研究飞行品质、空战战法和多机空战,并且易于扩展和适配后续变化的需求.利用该系统进行了战机过失速的作战效能评估,得出了最大迎角与捕获时间的定量关系.仿真结果表明,所开发的系统具有预期的仿真开发的快速适应性.     

基于仿真的月面着陆器上升级推进系统动态特性研究

针对月面着陆器上升级推进系统开关机响应、主要参数变化等动态特性问题,建立了推进系统的主要部件动力学模型与仿真模型,对典型的月面着陆器上升级推进系统工作过程开展了仿真研究。仿真结果表明,发动机工作过程仿真结果符合预期趋势,初步验证了利用AMESim软件进行推进系统性能仿真研究的可行性。     

双级涡轮增压活塞发动机螺旋桨推进系统部件法数学模型与飞行特性分析

对适用于高度为10~20km的中速、低速多用途飞行器的双级涡轮增压活塞发动机螺旋桨推进系统的特性计算方法进行了研究.引用涡轮发动机的部件法,建立基于各部件特性的代数数学模型,推进系统各部件工作点则由Newton法求解系统联合工作方程组得到.给出了方程组中的活塞发动机功率保持工作条件及增压器与活塞发动机联合工作条件,分析了推进系统功率保持工况和减功率工况的调节规律,及其对涡轮增压器工作线的影响.分析了推进系统总体及各部件的高度-速度特性.研究表明:该特性计算方法收敛快,一个工况点一般迭代5~6次即可;两个燃气旁通阀的调节规律不但可以满足推进系统的设计目标,同时还可对增压器工作点进行有效的优化调节;该特性计算方法可直接推广到更复杂的多级涡轮增压系统中.      

基于SMO和RLS的航空电推进永磁电机驱动系统

针对大功率航空电推进驱动系统高可靠性和轻量化特性的需求，本文提出了一种基于滑模观测器（SMO）和递推最小二乘法（RLS）的多模式无位置传感器控制策略。首先通过SMO对扩展反电动势进行观测，并对转速估算值进行多模式处理，实现了快速、准确地提取出电机的转子位置角及转速等信息；再由RLS对永磁体磁链等参数进行辨识，依据辨识结果对控制器中的相关控制参数进行整定，并对观测器参数进行更新，提高了系统的鲁棒性。本文对300kW的永磁同步电机电推进驱动系统进行了实例仿真，验证了所提方案的有效性。本文所提出的方案可以实现可靠的无位置传感器驱动控制，具有快速的动态性能和较高的鲁棒性，为相关航空电推进驱动系统控制方案的设计和研究提供了参考。     

基于流体网络拓扑的航空发动机及燃气轮机整机性能建模方法

为了快速、灵活、自由地搭建航空发动机及燃气轮机不同构型整机性能仿真模型,提出了一种基于流体网络拓扑的发动机整机性能仿真模型方案。从发动机部件及整机性能模型建模基本原理出发,在现有面向对象的部件性能建模及通用仿真系统总体框架基础上,采用迭代变量和平衡方程组与发动机部件模型和部件模型计算顺序相关联技术,建立了适用于不同航空发动机和燃气轮机类型的稳态性能仿真模型,并将该模型计算结果与成熟的商用仿真软件计算结果进行了对比分析。结果表明：该方案、模型可以实现发动机计算模型/拓扑自动构建,以及迭代变量与平衡方程组自动构建,提高了仿真系统的适用性。     

基于灰关系的制造过程稳定性评估

基于灰色系统理论,通过对制造过程中的两个数据序列进行灰关系分析,实现了制造系统的稳定性评估.根据获取制造过程某属性的两个数据序列,对数据序列进行排序,得到排序数据图.按照排序数据图的分布特征,建立两个数据系列之间的灰关系,通过计算分析灰置信水平的大小,实现对制造过程的稳定性评估.计算机仿真试验和实际案例表明:通过对两个数据序列的灰关系分析,若求得的灰置信水平不小于90%,则说明该制造系统是稳定的;否则是不稳定的.所提出的方法可以很好地检测制造系统的稳定性,准确率最高可以达到100%.      

载人登月航天器推进系统方案选择分析

载人登月航天器完成近月制动和着陆下降等空间任务,需要装载大量推进剂,推进系统方案选择是航天器总体方案设计优化的重要组成部分.建立了推进系统关键组件设计仿真模型,仿真分析了推进系统质量和干重系数随推进剂装载量的变化规律,并对比了20 t级载人登月航天器挤压和泵压推进系统方案.结果表明:推进系统方案质量与推进剂装载量有关,...     

N2O单组元微推进系统及其喷管流场的初步研究

针对利用N2O单组元催化分解产生热气、用于精确控制飞行器姿态的微推进系统,提出了初步的系统方案和主要设计参数.通过数值仿真,对设计推力为1N的微推进器喷管在高空工况的内流场和真空羽流场进行了研究.计算得到喷管的推力为1.041N,比冲为1922.7N·s/kg,从而验证了喷管相关设计参数的合理性.理论分析为后续的地面试验件的设计加工及其热试车提供了有益的参考.     

航天器推进系统管路充填过程动态特性(Ⅱ)实验模拟与结果评估

针对某一具有工程背景的卫星推进系统,建立了一个包括抽真空设备的实验模拟系统,以水为介质进行真空充填过程实验研究,结果表明充填过程中存在较强水击;利用数学模型对实验室系统充填过程进行仿真,计算结果与实验测量值吻合,表明模型仿真是可靠的。