飛行模擬器發(fā)動機系統(tǒng)建模與面向?qū)ο蟮姆抡嫜芯?pdf

1、飛行模擬器能夠在地面逼真、安全地再現(xiàn)飛機的空中飛行行為，是航空業(yè)新機研制、飛行訓練不可或缺的模擬設備。而我國對于飛行模擬器，尤其是高等級飛行模擬器的研制和技術儲備均遠遠落后于國外發(fā)達國家。在當前國家大力發(fā)展大飛機項目的背景下，開展飛行模擬器關鍵技術研究服務于大飛機的研制和飛行訓練勢在必行。飛行模擬器以飛機及機載系統(tǒng)的實時仿真模型為主體，航空發(fā)動機作為飛機的心臟，其仿真模型是模擬器的核心，直接決定著飛行模擬的逼真度和模擬器的鑒定等級。由于

2、航空發(fā)動機不僅是一個多變量、非線性的氣動熱力系統(tǒng)，而且其工作條件和工作狀態(tài)復雜多變，因此發(fā)動機及其控制系統(tǒng)建模與仿真是一項非常具有難度和挑戰(zhàn)性的任務。本文旨在建立高逼真度的、實時的、完整的發(fā)動機及其控制系統(tǒng)模型，并開發(fā)一套結(jié)構(gòu)清晰、維護方便、易于擴展的發(fā)動機仿真軟件，以實現(xiàn)飛行模擬器動力系統(tǒng)的實時仿真。
　　為了實現(xiàn)上述目標，首先研究了適用于飛行模擬的航空發(fā)動機模型的特征，提出了飛行模擬器發(fā)動機及其控制系統(tǒng)仿真的基本建模原則，為建

3、立具有高精度、實時性、擴展性和靈活性的動力系統(tǒng)模型進行有效的指導。采用相似理論和部件級建模方法建立了發(fā)動機及其輔助系統(tǒng)的實時性能模型，包括轉(zhuǎn)子動力學、熱力學模型，傳感器、作動器動力學模型和活門動態(tài)模型，相比單純的發(fā)動機穩(wěn)、動態(tài)性能模擬，極大地拓寬了模擬范圍、提高了模擬精度，滿足了飛行模擬的應用需求。在正常狀態(tài)模型的基礎上通過構(gòu)建故障因子建立了發(fā)動機故障模型，克服了采用氣動耦合原理和逐級模擬技術建立故障模型的復雜性，所建立的實用簡化的故障

4、模型不僅提高了仿真的實時性，而且逼真地再現(xiàn)了故障性能、故障邏輯和效應，滿足了飛行模擬器發(fā)動機故障模擬的要求。
　　其次，采用模塊化技術和精細化建模方法建立了航空發(fā)動機控制系統(tǒng)功能模型，研究了提高仿真精度和實時性的處理方法。通過對實際的控制系統(tǒng)進行功能性分解，確定了功能模型的接口關系和組成結(jié)構(gòu)，建立了功率管理、燃油流量控制、引氣流量控制、極限控制、反推控制、起動邏輯等功能模型。在建模過程中雖然對次要功能進行了簡化處理或忽略，但實施發(fā)

5、動機控制必須的基本、重要的控制功能被完整無缺的保留了下來，控制系統(tǒng)仿真結(jié)果驗證了控制系統(tǒng)功能模型的有效性。
　　再次，采用面向?qū)ο蠹夹g和應用框架技術建立了發(fā)動機及其控制系統(tǒng)的仿真模型。為了避免傳統(tǒng)的面向過程的開發(fā)方式在大型軟件設計過程中造成的可讀性差、維護困難的弊端，采用面向?qū)ο蠹夹g與MATLAB相鏈接的方法進行發(fā)動機仿真系統(tǒng)的軟件設計。按照由“總”到“分”的建模路線和層級式的設計模式構(gòu)建了實時仿真模型和動力系統(tǒng)仿真模型的類屬層次

6、結(jié)構(gòu)，定制了動力系統(tǒng)仿真模型的運行框架。對象類之間的繼承性、多態(tài)性、聚合和關聯(lián)機制保證了仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、易于擴展和維護，統(tǒng)一的運行框架既增強了建模的靈活性又實現(xiàn)了仿真模型的穩(wěn)定、高效運行。
　　最后，剖析了仿真逼真度的內(nèi)涵，構(gòu)建了多層次的發(fā)動機仿真逼真度的評價體系，研究了仿真逼真度評價的定量驗證法和定性驗證法。在具有分布式仿真體系結(jié)構(gòu)的飛行模擬器上開展了發(fā)動機及其控制系統(tǒng)仿真逼真度的客觀定量驗證、主觀定性評價和仿真實時