航空發(fā)動機及控制系統(tǒng)建模與面向對象的仿真研究.pdf

1、航空發(fā)動機及其控制系統(tǒng)建模與仿真是低成本、低風險、高效率地研制先進航空推進系統(tǒng)的重要工具和手段。論文圍繞發(fā)動機數(shù)控系統(tǒng)半物理仿真試驗用發(fā)動機及控制系統(tǒng)仿真模型開展研究，主要包括發(fā)動機簡化模型、面向對象的部件級模型及控制系統(tǒng)模型、地面及高空起動模型、控制算法等方面的研究工作。 首先建立了發(fā)動機地面簡化模型。在缺乏部件特性的情況下，提出了根據(jù)試驗數(shù)據(jù)建立發(fā)動機簡化模型的方法。穩(wěn)態(tài)模型采用插值法，動態(tài)模型采用動態(tài)系數(shù)法。該模型可實時模

2、擬地面發(fā)動機從起動到最大狀態(tài)的動態(tài)過程。與試驗數(shù)據(jù)對比，簡化模型穩(wěn)態(tài)誤差小于2％，動態(tài)誤差小于5％。 基于面向對象技術建立了航空發(fā)動機及其控制系統(tǒng)通用仿真平臺。在深入研究航空發(fā)動機面向對象仿真機理的基礎上，設計完成了航空發(fā)動機通用性能仿真平臺的總體框架，包括仿真類庫的層次結構、輔助工具類庫、交互仿真算法及程序界面等，提高了代碼重用率，避免了全局變量的使用。仿真平臺功能強、界面友好，支持拖放方式構建發(fā)動機模型，使用靈活，充分體現(xiàn)了

3、面向對象建模方法的優(yōu)越性。 在總體仿真框架的基礎上，利用Visual C++編寫實現(xiàn)了各個仿真類、交互仿真算法及程序界面的代碼，建立了雙軸混排不帶加力渦扇發(fā)動機全狀態(tài)、全飛行包線發(fā)動機部件級模型，驗證了發(fā)動機性能仿真平臺的有效性。接著，通過擴展和繼承機制設計了航空發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真類庫；利用控制類庫，組建了渦扇發(fā)動機控制系統(tǒng)，仿真結果驗證了控制系統(tǒng)仿真模型的有效性。 針對發(fā)動機部件特性不全、不夠精確的現(xiàn)狀，如何建立全狀態(tài)

4、、全飛行包線收斂并具有較高精度的發(fā)動機實時部件級模型是本文的另一個研究重點。本文首先研究了發(fā)動機部件特性的外推方法，成功外推出慢車以上缺失的近三分之一的部件特性及全部起動部件特性，為建立全狀態(tài)部件級模型奠定了基礎；接著圍繞提高模型精度、實時性、確保全包線內運算收斂開展了一系列研究工作，包括部件特性修正、放氣/引氣建模、穩(wěn)態(tài)仿真初猜值選取、容積動力學方法等。特別地，在部件級起動建模方面，研究了燃燒效率修正、總壓恢復系數(shù)修正、高溫部件熱傳遞

5、建模、起動初猜值選取等關鍵技術，建立了雙轉子渦扇發(fā)動機地面及高空起動模型，可計算發(fā)動機起動全程各截面熱力學參數(shù)。所建立的全狀態(tài)、全包線部件級實時模型經(jīng)仿真驗證，穩(wěn)態(tài)誤差小于3％，慢車以上動態(tài)誤差小于5％，起動過程動態(tài)誤差小于10％。 PID控制系統(tǒng)結構簡單、工作可靠，至今仍在航空發(fā)動機控制中得到普遍應用；人工免疫系統(tǒng)作為一種新興的智能系統(tǒng)，提供了解決復雜問題的新思路。論文最后將生物免疫反饋機理引入到現(xiàn)有PID控制系統(tǒng)中，提出了一