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1、万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要航空发动机建模与仿真是低成本、短周期、高效率研制发动机数控系统的重要工具和手段。对新研的航空发动机，发动机仿真模型可用于控制系统的数字仿真验证、实物在回路仿真验证以及半物理模拟试验验证；对在役的航空发动机，发动机仿真模型可作为机载模型使用，用于控制系统传感器的故障诊断以及信号重构。本文以双轴分开排气大涵道比涡扇发动机为对象，针对上述两方面应用需求展开研究，主要内容包括：针对发动机控制系统仿真验证的需求，建立了某大涵道比涡扇发动机全包线、全工作状态部件级模型，可执
2、行发动机慢车以上稳态、动态仿真以及地面与空中起动过程仿真。在建模过程中，外推了发动机低转速旋转部件特性，考虑了发动机高温部件与燃气之间的热交换，评估了高低压涡轮叶尖间隙、部件总压损失变化对发动机整机性能的影响。经仿真并与基准数据对比，模型稳态仿真误差小于2%，动态仿真误差小于5%；在全包线范围内，测试了4446个稳态工作点，该模型均能够计算收敛。针对发动机控制系统气路传感器信号重构的需求，建立了某大涵道比涡扇发动机稳态及动态机载模型。采用相似原理的方法，以发动机试车数据为基础，建立了发动机稳态基线模型
3、；与试车数据相比，稳态机载模型信号重构误差小于2%。提出了基于简化部件级模型的发动机动态机载模型建模方法，通过采用简化流路计算、优化非线性方程组迭代算法等手段，在不损失模型计算精度的前提下，机载模型在CPU主频3.2GHz计算机中单步仿真耗时仅0.2ms，与算法改进前相比，模型计算实时性提高了10倍。本文所建立的发动机全包线、全状态部件级模型已用于某大涵道比涡扇发动机数控系统数字仿真验证。关键词：航空发动机，大涵道比，部件级模型，机载模型，Broyden法I万方数据大涵道比涡轮风扇发动机建模技术研究A
4、BSTRACTModelingandsimulationofaeroengineisoneoftheessentialstodevelopadvancedaeroenginecontrolsystemwithlowercost,lesstimeandhigherefficiency.Fornewdevelopedaeroengine,engineperformancesimulationmodelcanbeusedforaeroenginecontrolsystemdigitalsimulation,
5、hardware-in-the-loopsimulationandsemi-physicalsimulation.Foron-wingaeroengine,on-boardenginemodelcanbeusedtodiagnosis,isolateandreconfigurationsignalsforfaultsensors.Aimedattwokeypotentialperformancesimulationrequirementsforatwin-spoolhighbypassratiosep
6、arateexhaustturbofanengine,thefollowingresearchworkwerecarriedout,includes:Tomeetthedemandofaeroenginecontrolsystemsimulationverification,afull-state,fullenvelopComponentLevelModel(CLM)forahighbypassratioturbofanenginewasdeveloped,whichcansimulatesteady
7、-stateperformance,transientperformance,aswellasstartupperformancebothongroundandatahighaltitude.IntheCLM,thelowspeedcharacteristicsmapsofrotatecomponentsweregotbyusingexponentialextrapolationmethod.Theheatexchangebetweenhotcomponentsandgasweretakenintoa
8、ccount,aswellastheeffectofturbinetipclearancevariationsandtotalpressurelossesintheductcomponents.Comparedtobasedata,thecalculationerrorofsteady-statemodelislessthan2%,andthatoftransientmodelislessthan5%.Inflightenvelope,4446point
