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涡扇发动机部件级起动模型

航空动力学报 2006年第2期21卷 248-253页

作者：周文祥黄金泉窦建平南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

基于慢车以上部件级模型,通过外推部件特性,建立了双转子涡扇发动机起动模型,可执行地面状态下发动机从近似为零的初始状态加速至慢车的起动过程仿真。模型考虑了起动过程中油气比对燃烧效率的影响,燃烧室、高低压涡轮的热惯性及起动过... 详细信息

基于慢车以上部件级模型,通过外推部件特性,建立了双转子涡扇发动机起动模型,可执行地面状态下发动机从近似为零的初始状态加速至慢车的起动过程仿真。模型考虑了起动过程中油气比对燃烧效率的影响,燃烧室、高低压涡轮的热惯性及起动过程中总压恢复系数的变化,采用容积动力学方法避免了迭代运算,仿真结果表明该模型具有较好的精度和实时性,动态误差小于5%,满足了某型发动机起动过程半物理仿真的需求。

关键词：航空航天推进系统部件级模型起动模型容积动力学热传递模型

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一种简化算法的航空发动机全状态数学模型

航空动力学报 2008年第3期23卷 510-515页

作者：于龙江朴英清华大学航天航空学院北京100084

通过一种简化的燃气空间模型对某型双转子混排加力涡扇发动机各部件进行了建模和仿真计算,并给出了详细的计算流程以及数学公式.在仿真过程中结合实际工程应用经验,对涡轮处采用一个局部的小循环迭代以减小涡轮部件内燃气空间计算的时... 详细信息

通过一种简化的燃气空间模型对某型双转子混排加力涡扇发动机各部件进行了建模和仿真计算,并给出了详细的计算流程以及数学公式.在仿真过程中结合实际工程应用经验,对涡轮处采用一个局部的小循环迭代以减小涡轮部件内燃气空间计算的时间步长,提高计算精度.与其他数值方法相比,该简化算法避免了求解非线性方程组时大范围的循环迭代,提高了全状态数学模型的计算速度.通过仿真结果与发动机实际试车数据的对比,证明该方法有足够的计算精度.

关键词：航空航天推进系统航空发动机数值仿真全状态模型容积动力学

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高超声速超燃冲压发动机实时模型仿真研究

航空动力学报 2017年第6期32卷 1447-1455页

作者：刘明磊张海波南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

给出了一种高超声速超燃冲压发动机实时模型建立方法.发动机采用基于特性的部件级建模思想,考虑了燃烧室的容积效应,其中,在计算进气道参数时给出一种计算激波角的方法,该方法能够一次得到激波角,不需数值解法,在保证精度的同时简化了... 详细信息

给出了一种高超声速超燃冲压发动机实时模型建立方法.发动机采用基于特性的部件级建模思想,考虑了燃烧室的容积效应,其中,在计算进气道参数时给出一种计算激波角的方法,该方法能够一次得到激波角,不需数值解法,在保证精度的同时简化了计算过程.该发动机动态模型通过数值积分来完成,避免了循环迭代,提高了模型计算速度与实时性.以某超燃冲压发动机建模为例,通过闭环仿真实验得到在动态过程中响应时间在1s左右,超调量为0.5%.仿真结果表明:该建模方法满足提高实时性的要求,有助于对此类发动机动态过程进行控制研究.

关键词：超燃冲压发动机实时模型容积动力学稳态特性动态特性

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一种不需要迭代的发动机辅助变量建模方法

航空动力学报 2003年第2期18卷 289-294页

作者：杨刚孙健国黄向华苏伟生南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 614研究所江苏无锡214063

现代航空发动机建模计算时常用牛顿迭代法求解非线性方程组,但由于发动机模型非线性太强且十分复杂而不易在全包线收敛。本文针对这一不足之处提出了一种不需要迭代就可以求解此非线性方程组的方法:引入航空发动机容积动力学中的变量及... 详细信息

现代航空发动机建模计算时常用牛顿迭代法求解非线性方程组,但由于发动机模型非线性太强且十分复杂而不易在全包线收敛。本文针对这一不足之处提出了一种不需要迭代就可以求解此非线性方程组的方法:引入航空发动机容积动力学中的变量及方程作为辅助变量及辅助方程,从而使整个非线性方程组闭合而可以直接求解。本文将此方法成功应用于某涡扇发动机,取得了良好的效果,验证了本方法的可行性。

关键词：辅助变量建模方法航空发动机容积动力学数学模型

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面向控制的超燃冲压发动机建模研究

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2023年第S2期40卷 18-25页

作者：于兵强廉志强周鑫仇小杰鲁峰黄金泉南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室中国南京210016 中国航发控制系统研究所中国无锡214063

建立了超燃冲压发动机的一维稳态模型。特别是对于三模态燃烧,引入一维气体动力学控制方程来描述流动的轴向分布。在稳态模型的基础上,推导出考虑体积效应的一维动态模型。模型运行结果表明,模型结果与实验数据吻合较好。最后,设计了三... 详细信息

建立了超燃冲压发动机的一维稳态模型。特别是对于三模态燃烧,引入一维气体动力学控制方程来描述流动的轴向分布。在稳态模型的基础上,推导出考虑体积效应的一维动态模型。模型运行结果表明,模型结果与实验数据吻合较好。最后,设计了三输入一输出比例积分(Proportional-integral,PI)控制器。仿真结果表明,该模型能够满足超燃冲压发动机控制系统设计的要求。

关键词：超燃冲压发动机一维模型动态模型容积动力学

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航空发动机组件化建模技术研究

航空发动机组件化建模技术研究

作者：孙龙飞南京航空航天大学

学位级别：硕士

组件化程序设计方法作为解决“软件危机”的一种可行办法,近几年得到了极大的重视,使用这种方法开发的应用程序有非常突出的组装性能,通过使用已有的组件以及自己开发的组件,程序员可以方便地开发自己的应用程序,并且可以通过替换组件... 详细信息

组件化程序设计方法作为解决“软件危机”的一种可行办法,近几年得到了极大的重视,使用这种方法开发的应用程序有非常突出的组装性能,通过使用已有的组件以及自己开发的组件,程序员可以方便地开发自己的应用程序,并且可以通过替换组件达到软件的维护以及更新的目的。本文以建立一个可重用和扩展灵活的航空发动机通用仿真平台为目标,运用面向对象的分析和设计方法,建立了仿真平台框架;采用面向对象编程语言C++,在Windows平台上基于现有的MFC类库,以Microsoft公司的COM规范为标准编写了发动机部件组件,以及使用TCP协议的网络组件,除此之外还开发了基于ADO、DAO两种访问方式的数据库组件。与此同时,本文重点优化了数据在内存中的使用方式,使得仿真数据得到了充分的保护,并且尽量减少了数据冗余,避免了传统开发方式中的全局变量的使用。最后,以某型双轴混排涡扇发动机为例,在开发的仿真平台上搭建了该型航空发动机的仿真模型,并虚拟了发动机的工作过程以验证组件化航空发动机仿真平台的可行性。

关键词：航空发动机面向对象建模组件化程序设计实时仿真容积动力学

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变循环发动机部件级建模技术研究

变循环发动机部件级建模技术研究

作者：王韶昌南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着飞机性能的要求越来越高,传统的航空发动机已经难以满足军用飞机的需求。近年来,对于第六代战斗机来说,需要起降距离更短、飞行包线和作战半径更大、超音速巡航能力更强。对此,变循环发动机相比传统发动机具有巨大优势。本文首先对... 详细信息

随着飞机性能的要求越来越高,传统的航空发动机已经难以满足军用飞机的需求。近年来,对于第六代战斗机来说,需要起降距离更短、飞行包线和作战半径更大、超音速巡航能力更强。对此,变循环发动机相比传统发动机具有巨大优势。本文首先对针对变循环发动机发展历史、现状及其发展趋势做了阐述。其次,基于Matlab/Simulink平台根据气动力学方程建立发动机各个部件的模型,再根据各部件的匹配关系,通过容积动力法建立完整的涡扇发动机模型,该模型能够执行稳态和动态仿真。再次,在上章建立涡扇发动机模型基础上增加了模式选择活门、第二外涵道,并且将风扇按叶根叶尖分别建模,同时考虑了导叶角对风扇和压气机部件特性的影响,获得了双外涵变循环发动机模型,该模型能够执行两种工作模式稳态和动态仿真。接下来,以所建立的变循环发动机模型为对象,通过稳态仿真分析了几何可调部件如模式选择活门角度、风扇导叶角、压气机导叶角、尾喷管喉道面积等变化对发动机性能的影响。同时针对该变循环发动机模型的两种工作方式进行了模式切换仿真。基于前文所建立变循环发动机模型,应用NARX非线性模型结构,针对模型运行数据进行了非线性模型辨识。应用相关评价准则,选择最优模型,同时针对辨识结果进行了对比分析,分析结果表明,NARX模型辨识是一种可行的非线性建模方法。

关键词：变循环发动机模式选择活门容积动力学 NARX非线性模型辨识几何可调部件部件级建模

变转速直升机／传动系统／发动机综合建模与控制研究

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变转速直升机／传动系统／发动机综合建模与控制研究

作者：宁景涛南京航空航天大学

学位级别：硕士

为进一步提升直升机性能,旋翼变体技术在直升机技术研究中受到了更大关注,而变旋翼转速技术是旋翼变体技术中重要分支之一。在现有技术中,变旋翼转速一般通过改变涡轴发动机输出轴转速实现。然而在涡轴发动机工作过程中,在保证向直升机... 详细信息

为进一步提升直升机性能,旋翼变体技术在直升机技术研究中受到了更大关注,而变旋翼转速技术是旋翼变体技术中重要分支之一。在现有技术中,变旋翼转速一般通过改变涡轴发动机输出轴转速实现。然而在涡轴发动机工作过程中,在保证向直升机主旋翼提供连续的功率的前提下,发动机输出轴转速变化范围有限,使得采用该方法实现较大范围的变旋翼转速存在一定困难。本文从直升机/传动系统/发动机综合建模与控制方法入手,开展变旋翼转速控制模拟研究。首先,本文以某型直升机为研究样例,结合其自身结构特点,根据其主要部件结构参数和实验数据,分别采用叶素法和气动力学方法建立主旋翼等部件模型,构建了直升机全量非线性飞行动力学模型,并进行了悬停不稳定性开环扰动仿真试验和直升机变旋翼转速特性分析。基于容积动力学方法建立了涡轴发动机部件级数学仿真模型,并对利用级叠加原理修正压气机特性数据方法进行了讨论。将所建立的直升机飞行动力学模型与涡轴发动机部件级模型相结合,构成直升机/涡轴发动机综合仿真模型为进一步变旋翼转速研究做准备。仿真结果表明,建立的直升机模型和发动机模型符合直升机和发动机原理,容积动力学方法能够避免模型计算迭代过程,提高仿真模型实时性。其次,本文通过对变旋翼转速实现机理进行的分析比较,提出了基于无级变速的变旋翼转速控制模拟方法。根据传动系统需求选取有效参数,建立了可变传动比的传动系统模型,将建立的无级变速传动系统模型加入直/发综合模型中构成了基于无级变速的直升机/传动系统/涡轴发动机综合仿真模型,并进行了数字仿真试验,实现变旋翼转速控制模拟。结果表明,提出的基于无级变速的直升机变旋翼转速实现方法能够在25%左右的较大范围内实现旋翼转速连续变化。最后,本文针对旋翼转速可变后,传统总距前馈控制并不能完整反映直升机功率需求而使得涡轴发动机控制效果变差的问题,将直升机扭矩变化作为涡轴发动机控制前馈量,设计了带扭矩前馈的串级ADRC涡轴发动机鲁棒控制器用于变旋翼转速过程中发动机控制,使得较大机动时动力涡轮转速超调量减小至3%左右。结合变传动比和变动力涡轮参考转速的方法进行了直升机/传动系统/涡轴发动机综合控制策略研究,通过直升机/传动系统/涡轴发动机综合模型数字仿真试验对比了不同控制策略下直升机/发动机综合系统的性能差异。

关键词：直升机涡轴发动机变旋翼转速容积动力学无级变速器综合控制仿真

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涡扇发动机多动力学建模方法

航空学报 2019年第5期40卷 94-105页

作者：潘慕绚陈强龙周永权周文祥黄金泉南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国航发控制系统研究所无锡214063

考虑涡扇发动机转子部件的惯性、容腔中质量与能量的堆积效应和高低温部件间的热交换,依据转子动力学、容积动力学及热力学建立涡扇发动机部件级非线性动态数学模型。通过求解质量、动量和能量的一阶微分方程,获得发动机典型截面处的性... 详细信息

考虑涡扇发动机转子部件的惯性、容腔中质量与能量的堆积效应和高低温部件间的热交换,依据转子动力学、容积动力学及热力学建立涡扇发动机部件级非线性动态数学模型。通过求解质量、动量和能量的一阶微分方程,获得发动机典型截面处的性能参数。该模型能够反映涡扇发动机温度、压力、转速等12个关键参数的动态特性,避免传统转子动力学迭代模型的迭代求解,提高了模型实时性。模型输出与试验数据对比结果表明,其稳态误差小于1.6%,最大动态误差小于5%,单次流路计算平均耗时为0.009ms。

关键词：涡扇发动机转子动力学容积动力学热力学多动力学建模