[發明專利]一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202310144223.4
• 申請日: 2023-02-21
• 公開（公告）號: CN116150888A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 何斌;楊振坤;陸萍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/27;G06F30/28;G06F111/06;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 周局

本發明公開了一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法及系統包括：利用逆向工程技術建立航空發動機的數字孿生子模型；建立含有多個子模型的多物理場集成仿真平臺，進而建立航空發動機系統多物理場耦合模型；監測航空發動機系統在正常運行過程中的運行狀態，獲得初始數據確定標準數據集；利用粒子群優化算法，輸出仿真計算航空發動機系統的實時性能參數；獲得能夠實時同步的航空發動機系統多物理場耦合數字孿生模型。建立航空發動機系統多物理場耦合模型，提高了仿真計算結果的準確性；使用的粒子群優化算法，對航空發動機系統多物理場耦合模型的內部參數進行修正，獲得能夠實時同步的航空發動機系統多物理場耦合數字孿生模型。

技術領域

本發明涉及計算機平臺負載平衡技術領域，具體為一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法及系統。

背景技術

航空發動機的好壞直接影響到飛機的性能、可靠性及經濟性是一個伙計科技、工業和國防實力的重要體現，航空發動機的研制是一項復雜的系統工程，通常依靠實物試驗暴露設計問題，采用“設計-試驗驗證-修改設計-再試驗”反復迭代的研制模式，造成研制周期長、耗資大、風險高。

在航空發動機設計分析過程中，存在溫度場、應力場和流場的耦合效應，精確地分析發動機系統中某些部件在多物理場耦合條件下的熱應力，變形以及流場，是目前航空發動機設計領域的難題之一。

數字孿生技術在數字空間構建了一個基于高精度物理模型、傳感器數據和歷史數據的數字孿生模型，該模型能夠反應系統的物理特性和應對環境的多變特性，可實現發動機的性能預測、故障診斷、控制優化等功能，并通過物理實體與孿生模型的交互數據對比，及時發現問題，對模型內部參數進行修正，減輕航空發動機系統損傷和退化，有效避免具有致命損傷的系統行為。本發明設計一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法及系統，其中構建的含有多個子模型的多物理場集成仿真平臺，提高了仿真計算結果的準確性，同時使用的粒子群優化算法，對航空發動機系統多物理場耦合模型的內部參數進行修正，從而獲得能夠實時同步的航空發動機系統多物理場耦合數字孿生模型。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明解決的技術問題是：收集航空發動機的正常運動下的相關數據，利用粒子群優化算法輸出仿真計算航空發動機系統的實時性能參數，完成可以實時同步的航空發動機系統多物理場耦合數字孿生模型。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法，其包括如下步驟：

根據航空發動機的物理模型，利用逆向工程技術建立航空發動機的數字孿生子模型；

根據不同數字孿生子模型之間的協調關系，建立航空發動機系統多物理場耦合模型；

監測航空發動機系統在正常運行過程中的運行狀態，獲得初始數據并計算多狀態指標的數據，確定標準數據集；

利用粒子群優化算法，輸出仿真計算航空發動機系統的實時性能參數；

獲得能夠實時同步的航空發動機系統多物理場耦合數字孿生模型。

作為本發明所述的一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法的一種優選方案，其中：所述數字孿生子模型包括結構動力學模型、流場模型、應力分析模型以及熱力耦合模型。

作為本發明所述的一種基于數字孿生的航空發動機多場耦合仿真方法的一種優選方案，其中：獲取航空發動機實際運行中的實際性能參數通過數據標準化預處理，存在轉速標準化數據

其中A_標'是航空發動機系統實時轉速標準化后的數據，A為航空發動機實時運行時轉速原始數據樣本；為樣本均值；σ(A)為轉速樣本標準差；

以此類推存在溫度標準化數據W_標'、以及振幅標準化數據F_標'；標準數

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