[發明專利]航空發動機數學模型部件特性修正方法

有效

• 申請號: 201910196035.X
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109871653B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 龐淑偉;李秋紅;張海波;馮海龍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種航空發動機數學模型部件特性修正方法，利用修正系數對部件特性進行修正；修正系數以模型輸出和試車數據匹配為原則通過以下方法確定：A、根據發動機結構確定相應的待修正部件特性；B、根據試車數據的最大工作點和最小工作點確定初步的修正系數，并利用初步的修正系數對特性圖進行整體縮放；C、依據穩態數據對整體縮放后的特性圖進行分塊，并確定修正系數的定義域，利用穩態計算模型和優化算法確定部件特性修正系數并得到新的特性圖；D、依據動態數據對步驟C所得到的特性圖進行分塊，并確定修正系數的定義域，利用動態計算模型和優化算法確定修正系數，并獲得最終特性圖。本發明具有兼顧穩態特性和動態特性、精度高的優點。

技術領域

本發明屬于航空宇航推進理論與工程中的系統仿真與控制領域，具體涉及一種航空發動機數學模型部件特性修正方法。

背景技術

航空發動機數學模型被廣泛地應用于對真實發動機的性能模擬、控制和健康管理系統設計等應用中。從建模的角度來看，由于建模假設、發動機維護、性能蛻化等因素存在，很難在建模過程中保證所建立的模型性能與真實發動機完全一致，這就需要在建模完成對模型仿真精度進行提升優化。在控制方面，在控制器的設計與驗證、發動機性能參數估計與控制策略優化等應用中也需要一個高精度的模型。因此，在建模的基礎上有必要進一步提升模型的仿真精度，而通過部件特性修正系數對各個部件的特性進行調整以匹配模型輸出與真實發動機性能是一種有效方式。

然而，當前對于部件特性修正系數的確定方法存在一些明顯的缺陷。一是當前的方法所確定的修正系數只能夠保證發動機模型在有限個離散穩態點的仿真輸出具有較高精度。換句話說，相應的部件特性修正系數確定方法只適用于確定發動機穩態計算所需的修正系數，而無法確定滿足動態仿真精度的部件特性修正系數。事實上，由于發動機的動態過程相較于穩態過程還會涉及到熱慣性等因素的影響，故其所表現出的動態性能即使在相同的飛行條件和輸入條件下和穩態性能也可能有著較大的差異，甚至動態過程最終會穩定在不同的穩態工作點。這使得僅僅保證穩態精度的修正系數難以適用于提高動態精度。再者，發動機在工作過程中，外界環境條件不可能維持不變，控制量也會被控制器實時地調整以抵抗外界擾動，因此需要一種新的部件特性修正系數確定方法以修正部件特性進而保證模型的穩態和動態性能精度。

二是當前的性能自適應技術通常將模型性能自適應問題轉化為一個優化問題，通過優化算法的尋優操作來實現對相應修正系數的確定。而對于在優化過程中所需的修正系數定義域，缺乏直接的確定方法，通常通過試錯的方式以及經驗進行選擇。這既增加了修正系數確定的難度，又難以保證所給出定義域的合理性。若所給定的定義域不合理，即使最終的優化結果能達到要求，但其所確定的修正系數實際上是不可行的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種航空發動機數學模型部件特性修正方法，能夠簡單、有效地確定部件特性的修正系數，從而提高航發數學模型的穩態和動態仿真精度。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種航空發動機數學模型部件特性修正方法，以模型輸出匹配試車數據為原則，利用修正系數對部件特性進行修正；所述修正系數通過以下方法確定：

步驟A、根據發動機結構確定相應的待修正部件特性；

步驟B、根據試車數據的最大工作點和最小工作點確定初步的修正系數，并利用初步的修正系數對特性圖進行整體縮放；

步驟C、依據穩態數據對步驟B整體縮放后的特性圖進行分塊，并確定修正系數的定義域，利用穩態計算模型和優化算法確定部件特性修正系數，并得到新的特性圖；

步驟D、依據動態數據對步驟C所得到的特性圖進行分塊，并確定修正系數的定義域，利用動態計算模型和優化算法確定修正系數，并獲得最終特性圖。

優選地，所述步驟B具體包括：