航空发动机性能仿真

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1、专业资料航空发动机性能仿真1、概述    发动机是飞行器的心脏，其性能对飞行器的发展有着至关重要的影响。传统的发动机总体设计，主要通过对原准机的研究和改进，并在详细设计中对各种部件性能试验和地面台架试车、高空模拟试验、飞行试验等整机试验来预测其性能，研制周期较长。    随着飞行器研制速度加快，传统设计模式已不能满足快速设计验证的要求。自上世纪80年代中后期，欧美航空行业开始推行数字化研发体系，分别推出NPSS和VIVACE计划，旨在通过建立航空发动机协同开发平台，来减少发动机的研发周期和成本。PROOSIS是2007年结束的VIVACE计划的重要成果之一。它是一款面向对象的飞行器动力

2、系统性能仿真软件，具有完善的动力系统零部件模型库，可用于各类航空发动机系统的建模仿真分析。word完美格式专业资料 2、PROOSIS的优点丰富、开放并支持自定义的多学科模型库    PROOSIS包含多个领域的组件库，各组件的源代码完全开放，用户不仅可以修改这些代码，也可以自定义特殊组件；因此，用户既可以应用软件自带的组件构建发动机系统，也可以通过继承或重新定义的方式创建特殊的组件来构建发动机系统。 word完美格式专业资料 完美的多学科耦合分析    可以在同一个模型中综合分析控制、机械、电气、液压等耦合状况；从而使得用户可以将发动机的热力循环过程、控制系统、燃油和冷却系统的液力过

3、程、电气系统等综合在同一个模型中进行综合分析，并能够将发动机模型嵌入到飞控模型中分析其性能对整个飞机的影响。 无需因果逻辑的面向对象编程语言EL    各变量之间不是赋值格式的关系，而是函数关系，模型的通用性、复用性都更好；模型可以实现信息隐藏、封装、单重继承或多重继承等；因此，同一个发动机模型，可以根据已知参数的不同，进行不同的分析。 word完美格式专业资料 与外部程序的连接方便可调用FORTRAN、C、C++等，也可自动生成可复用的DLL和C++程序，还可导出供Matlab、Simulink直接使用，通过与Excel的接口还可以由表格驱动模型的运行，系统模型可以脱离PROOSIS

4、的环境运行。word完美格式专业资料 适用于多种计算    可以用于发动机的设计点、非设计点计算、参数及敏感性分析、优化设计，稳态和瞬态分析都适用； 3、典型案例对转式齿轮传动涡扇发动机word完美格式专业资料    雅典理工大学基于PROOSIS开发环境搭建新型的对转式齿轮传动涡扇发动机（GTCRC）模型，并与传统的齿轮传动涡扇发动机（GTF）性能进行对比分析。具体内容如下：    首先，通过实验设备测试对转式转子特性，实验设备及测试结果如下图所示。word完美格式专业资料实验设备word完美格式专业资料测试结果    通过处理得到对转式压气机及涡轮的map图，并在传统压气机及涡轮的

5、基础上二次开发形成对转式压气机及涡轮组件，如下图所示。对转式压气机及涡轮模型    其次，基于TUOBO库中的压气机、涡轮、风扇、燃烧室、轴、齿轮箱等部件及新开发的对转式压气机及涡轮模型，搭建对转式齿轮传动涡扇发动机（GTCRC）及传统的齿轮传动涡扇发动机（GTF）模型，具体如下图所示。word完美格式专业资料对转式齿轮传动涡扇发动机及传统的齿轮传动涡扇发动机模型    再次，分析爬升（TopofClimb）、巡航（cruise）及下降（Take-Off）过程中，两发动机性能特性。    爬升（TopofClimb）、巡航（cruise）及下降飞行参数如下表所示。PARAMETERGT

6、F>CRCConditionT/OToCCrAltitude(m)01066810668MachNumber0.250.780.78ΔTISA(K)15100     两发动机性能比较结果如下图所示。 word完美格式专业资料    最后，分析得出如下结论。• 与传统的齿轮传动涡扇发动机相比，在相同发动机重量及阻力的情况下，对转式齿轮传动涡扇发动机在整个飞机飞行任务中油耗降低0.59%；• 与传统的齿轮传动涡扇发动机相比，在相同推力的情况下，对转式齿轮传动涡扇发动机，重量减少10%。假设该推力下，传统的齿轮传动涡扇发动机净重2word完美格式专业资料吨，两个对转式齿轮传动涡扇发动机

7、重量将减少400kg，将会带来0.52%的油耗减低，油耗总计将降低1.1%• 油耗敏感度分析结果如下图所示。 航空发动机仿真测试方案     针对飞机发动机系统从设计开发到试验验证全过程的解决方案，能够设计飞机发动机系统的整体架构、仿真分析和验证发动机系统的功能和性能需求。解决方案的整体框架如下图所示。word完美格式专业资料 解决方案框架    在管理计算机中，部署了多学科系统设计分析工具PROOSIS及专业的TURBO模型库，TURBO库中