[發明專利]一種渦噴發動機改型熱吹雪裝置設備的建模仿真方法

在審

• 申請號: 202010096581.9
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111339644A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 王艷艷;黃之杰;耿夫利;王淑玲;畢泗昌;王懷超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍勤務學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F30/17
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 何君

本發明提供了一種渦噴發動機改型熱吹雪裝置設備的建模仿真方法，屬于渦噴發動機建模仿真技術領域。本發明所述方法通過發動機的組成和工作原理進行分析，建立進氣道模型、壓氣機模型、燃燒室模型、渦輪模型、彎曲排氣通道模型及尾噴管模型，通過模型之間的聯合仿真完成整個吹雪裝置的系統模型建模，進而開展發動機穩態工作仿真分析，有效避免實際試車的危險和成本，可作為熱吹吹雪裝置控制與故障診斷的參考依據。

技術領域

本發明屬于渦噴發動機建模仿真技術領域，具體涉及一種采用計算機仿真技術模擬實際渦噴發動機工作狀況的方法。

背景技術

目前，快速、及時清除重要、關鍵路面薄冰的方法是利用渦噴發動機的高速高溫尾氣吹除路面積雪和薄冰。渦噴發動機置于載重汽車底盤，高速高溫的發動機尾氣經尾氣罩、導管，由噴嘴吹向路面，渦噴發動機產生的高溫高速尾氣被導氣罩引致噴嘴，以高溫高速噴射地面冰層，以清除重要和關鍵場所的路面薄冰層。

將渦噴發動機改型為除冰裝置雖然渦噴除冰效率高、除冰徹底，但除冰成本較高。利用計算機仿真技術建立渦噴發動機模型，是有效避免實際試車危險、節省發動機試車時間和成本，為熱吹除雪裝置控制系統設計開發及優化提供參考依據。

發明內容

本發明提供了一種渦噴發動機改型熱吹雪裝置設備的建模仿真方法，利用計算機仿真技術實現渦噴發動機虛擬實現，模擬實際渦噴發動機工作狀況，對于熱吹除雪裝置控制系統設計開發及優化提供理論支撐。

本發明按以下技術方案實現：

一種渦噴發動機改型熱吹雪裝置設備的建模仿真方法，模型設計方案如下：

步驟1：建立函數模型；

步驟2：建立接口模型：用于組件間的信息傳遞，主要包含氣動和機械轉動；

步驟3：建立各部件模型：根據發動機各部件的氣動熱力學關系建立各個部件的氣動熱力學方程；

步驟4：模型標定與修正；由發動機工作遵循的氣動熱力學方程和轉子動力學平衡關系將各個部件串聯起來，形成共同方程組；

步驟5：模型仿真：對非線性方程組求解得到發動機所有參數，模擬真實發動機的工作性能。

進一步，步驟1具體為：

A、焓-溫度函數：流體中溫度與焓的換算關系是空氣動力學能量守恒方程的基礎；

B、臨界總溫函數：是指與某狀態下氣體靜溫度對應的總溫度函數關系；

C、等熵過程求壓力函數：在氣體等熵過程的起始溫度和壓力以及終了溫度已知的情況下求終了壓力；

D、等熵過程求熵函數：計算出熵函數，再結合焓-溫度函數的反向調用，聯合求解等熵過程中的終了溫度。

進一步，步驟3為：根據渦噴發動機的組成和工作原理建立渦噴發動機穩態仿真模型，包括大氣條件模型、進氣道模型、壓氣機模型、燃燒室模型、渦輪模型、彎曲排氣通道模型及尾噴管模型。

進一步，大氣條件模型用于設定模型的工作環境，包括引氣的狀態模型、渦噴發動機工作環境模型；進氣道模型的作用是將外界空氣吸入吹雪裝置內，只需考慮總壓恢復系數；壓氣機模型：高低壓壓氣機采用相同的計算方法進行氣動熱力計算；燃燒室模型：燃燒室進出口的氣動參數遵循質量守恒、能量守恒方程；渦輪模型：高低壓渦輪采用相同的計算方法進行氣動熱力計算；彎曲排氣通道模型：彎曲排氣通道部件不單獨進行流場歧變計算，最終會以尾噴管速度損失系數的方式計算獲得；尾噴管模型：吹雪裝置僅采用收縮噴管，收縮噴管的工作狀態不僅取決于部件上游參數，也受到部件下游即噴管外環境的影響。

進一步，在進氣道模型中：

總壓恢復系數的主要來源是進氣濾網，因此總壓損失遵循多層絲網空氣過濾器阻力特性，如下公式：