基于Modelica和Dymola的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機建模與仿真.pdf

1、航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，包括壓氣機、燃燒室、渦輪、噴管、進氣道等主要部件及子系統(tǒng)。發(fā)動機部件精確的計算機建模能夠幫助設(shè)計人員優(yōu)化發(fā)動機的設(shè)計，消除多次的設(shè)計反復(fù)而節(jié)約開發(fā)成本。本文的目的就是要開發(fā)一個通用的部件及子系統(tǒng)的模型庫，用來作為基礎(chǔ)工具，在概念設(shè)計和初步設(shè)計階段建立航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的系統(tǒng)級動態(tài)模型，提供一個發(fā)動機結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析工具。 本文采用模塊化建模方法，首先按照實際物理設(shè)備對航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機進行

2、了模塊化分解，包括軸流式壓氣機、離心式壓氣機、渦輪、燃燒室、噴管、進氣道等主要模塊，以及起動機、轉(zhuǎn)軸、大氣環(huán)境、接口和函數(shù)等附屬模塊。然后利用Modelica語言和Dymola編譯器進行模塊庫的開發(fā)。為了提高模型的可重用性，根據(jù)各個部件及子系統(tǒng)的典型特征和相應(yīng)的物理定律，建立具有抽象性的各種模塊，并將這些模塊按一定的規(guī)則組織成模塊庫。從用戶的角度看，此模塊庫中的模塊具有普遍意義，可以根據(jù)需要進行定制，而且在通常情況下只要了解模塊的接口就

3、可以使用模塊，而不需要知道模塊內(nèi)部的情況。 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的部件級建模是系統(tǒng)級建模的基礎(chǔ)，建模的精度取決于部件特性的準(zhǔn)確性和模型簡化程度。本文重點介紹了航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機主要部件及子系統(tǒng)的工作原理，綜合采用了特性方程法和基于級的建模法建立壓氣機和渦輪的模型，從微觀的壓氣機級和渦輪級的特性方程來研究壓氣機系統(tǒng)和渦輪系統(tǒng)，因此利用所建立的級的數(shù)學(xué)模型并結(jié)合Modelica語言和Dymola編譯器，能夠組裝成復(fù)雜的壓氣機系統(tǒng)和渦

4、輪系統(tǒng)模型并能實現(xiàn)仿真；基于管流理論建立噴管和進氣道的模型，對收－擴噴管喉部面積隨飛行馬赫數(shù)的變化關(guān)系、可變幾何噴管主次流面積隨主流馬赫數(shù)的變化關(guān)系以及固定幾何內(nèi)壓式進氣道特性進行了仿真。 在部件級建模的基礎(chǔ)上，進而與其他部件和子系統(tǒng)連接組成航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機系統(tǒng)級模型，對單軸燃?xì)獍l(fā)生器的抽吸特性和雙軸渦扇發(fā)動機的起動過程進行了仿真，其中以雙軸渦扇發(fā)動機為例詳細(xì)介紹了系統(tǒng)級建模和仿真的過程。部件和系統(tǒng)級仿真實驗的結(jié)果表明，本文