[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動機部件級模型

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• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111914367A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 蔡常鵬;鄭前鋼;胡旭;張海波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 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(fā)明公開了一種航空發(fā)動機部件級模型，航空宇航推進理論與工程中的系統(tǒng)建模與仿真領域。本發(fā)明提出一種全新的基于參數(shù)最大變化率的自動快速定位插值方法進行航空發(fā)動機部件級模型流路計算中的氣體熱力參數(shù)計算，有效避免了氣體熱力參數(shù)計算迭代過程，大幅提高了部件級模型單次流路計算速度，從而可大幅改善部件級模型的實時性；此外，本發(fā)明技術方案還具有通用性、可移植性強的特點，可廣泛應用于各類噴氣式發(fā)動機部件級建模研究。

技術領域

本發(fā)明涉及一種航空發(fā)動機部件級模型，航空宇航推進理論與工程中的系統(tǒng)建模與仿真領域。

背景技術

模型基控制技術是現(xiàn)代航空發(fā)動機控制的主要特征之一。目前發(fā)展的先進航空發(fā)動機控制技術、狀態(tài)監(jiān)視及故障診斷技術、飛行/推進系統(tǒng)性能尋優(yōu)控制技術、解析余度技術等均在機載模型基礎上進行研究。因此研究高精度的機載模型對于航空發(fā)動機控制技術的發(fā)展及工程應用具有重要意義。目前機載模型的建立方法往往是根據部件級模型穩(wěn)態(tài)點分段線性化，而航空發(fā)動機是復雜的強非線性系統(tǒng)，該方法建立的機載模型在全包線、全狀態(tài)精度上往往差強人意。而發(fā)動機部件級模型可彌補上述機載模型的不足，在全狀態(tài)保證高精度，可應用于各種先進航空發(fā)動機控制技術的研究，但其計算耗時久、實時性差的缺點限制了作為機載模型的應用，難以用于實際工程中。如何提高部件級模型實時性一直是學者關注的熱點之一。

目前，針對部件級模型實時性研究主要分為兩個方向，一是從建模方法上創(chuàng)新。傳統(tǒng)的部件級模型通過牛頓-拉夫森迭代法求解一系列非線性共同工作方程實現(xiàn)動穩(wěn)態(tài)計算，反復迭代造成大量耗時。而考慮發(fā)動機各部件間容腔氣體質量和能量效應的容積動力學原理可避免共同方程組迭代，略失精度前提下有效提高模型實時性。二是從優(yōu)化共同工作方程組求解方法入手。Broyden方法由于具有超線性收斂優(yōu)勢，應用于共同工作方程求解可避免牛頓法大量重復計算雅克比矩陣，減少模型氣動熱力學計算次數(shù)；混合變步長Newton-Broyden法兼顧了收斂速度和計算精度；基于精確偏導數(shù)法求解雅克比矩陣避免了避免差分法求解偏導數(shù)需重復調用部件模型的缺點；針對部件級動態(tài)模型計算，“一次通過算法”有效減少N-R法迭代次數(shù)過多的缺陷，兼顧精度與實時性。

以上兩種方法分別從建模方法和迭代方法上對部件級模型進行改進，改善了模型的實時性。部件級模型需要計算很多參數(shù)，如氣動熱力參數(shù)計算、部件特性計算等，這些參數(shù)計算耗時在部件級模型流路計算耗時中占據重要部分。以某大涵道比渦扇發(fā)動機為例，其旋轉部件計算耗時占整機流路計算總耗時的88.4％，風扇部件氣體熱力參數(shù)計算耗時占風扇部件計算總耗時的95.8％，因此，優(yōu)化參數(shù)計算方法對于部件級模型實時性的提高存在巨大潛力。但以上工作較少從這些參數(shù)計算方法上改進。為此，殷鍇等人[殷鍇,周文祥,喬坤,et al.航空發(fā)動機部件級模型實時性提高方法研究[J].推進技術,2017(01):205-212.]通過建立氣體熱力屬性插值表插值計算各截面氣體參數(shù)有效提高了大涵道比渦扇發(fā)動機部件級模型的實時性。但其采用的折半插值查找法搜索效率較差，并且考慮油氣比的氣體熱力屬性插值表重構方法存在一定的缺陷，部件級模型實時性仍存在較大的提升空間。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有航空發(fā)動機部件級模型實時性差的問題，提供一種簡單高效且兼顧模型精度的航空發(fā)動機部件級模型。

本發(fā)明所提出的技術方案具體如下：

一種航空發(fā)動機部件級模型，在所述部件級模型的流路計算過程中，使用插值方法進行氣體熱力參數(shù)計算；所述插值方法為基于參數(shù)最大變化率的自動快速定位插值方法，具體包括以下步驟：

步驟1、構建溫度與空氣的熱力參數(shù)插值表；

步驟2、根據輸入的油氣比和已知氣體熱力參數(shù)數(shù)值N，由下式求出輸入油氣比下的基準氣體熱力參數(shù)數(shù)值N₀：