[发明专利]一种基于试车数据的航空发动机实时简化模型优化建模方法

摘要

本发明提供了一种基于试车数据的航空发动机实时简化模型优化建模方法，针对半物理仿真试验中，存在强噪声的燃油流量导致模型仿真结果不合理的情况，在传统简化模型基础上引入转子动力学和容积动力学的思想，保证了仿真精度和实时性，有效地提高了模型的鲁棒性。同时在此基础上建立了进气道模型，实现了发动机模型在包线范围内慢车以上状态的仿真。

主权项

1.一种基于试车数据的航空发动机实时简化模型优化建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)根据航空发动机试车数据建立传统发动机实时简化模型：步骤1.1)根据试车数据的大气条件，将数据全部换算到标准大气条件下，在试车数据的稳态数据段中提取稳态点，组成稳态工作线，并舍去野点；运用线性插值算法建立航空发动机稳态基线模型；式中，Xcs为维持当前换算转速不变的状态参数，nc为换算转速；步骤1.2)通过移动平均平滑法对动态数据进行平滑处理；根据步骤1.1)中的航空发动机稳态基线模型求解发动机动态过程中的剩余供油流量：ΔWfc＝Wfc‑Wfcs式中，Wfc为实际换算供油流量，Wfcs为稳态换算供油流量；步骤1.3)计算各状态参数的动态系数：步骤1.3.1)根据步骤1.2)中得到的剩余供油流量计算出转速的动态系数：式中，i为发动机工作的某一时刻，ΔWfc为当前时刻的剩余供油流量，Δt为采样步长；步骤1.3.2)根据航空发动机稳态基线模型和剩余供油流量计算出各参数的动态系数KX：式中，Xc为实际相似换算后的状态参数；Xcs为维持当前换算转速不变的状态参数；步骤1.3.3)运用线性插值算法建立各状态参数的动态系数KX关于换算转速nc的对应关系：KX＝Ψ(nc)步骤2)根据稳态工作线求解出维持发动机当前转速时燃气发生器需要的能量Est：步骤2.1)建立航空发动机引放气系统模型：式中，Hloss和HDK分别为离开燃气发生器的放气和引气总焓，Wain为压气机进口空气流量，Closs为冷气放气比例，Kl为冷气引气比例，h为冷气比焓；步骤2.2)引入压气机特性图，根据引放气系统求解出离开燃气发生器的截面状态参数，即组合压气机出口温度和轴流压气机出口温度；求解方法为定比热法：式中，Tin为压气机进口总温，πcp为压气机增压比，ηcp为压气机效率，πcpmid为压气机中间级增压比，ηcpmid为压气机中间级效率，k为比热比；步骤2.3)计算出维持发动机当前转速时燃气发生器需要的能量Est：(Hin+WfHuηcb)‑(Hloss+HDk+Hout)＝Est式中，Hin和Hout分别为燃气发生器进口和出口总焓，Wf为燃油流量，Hu为燃油低热值，ηcb为燃烧室效率；步骤2.4)根据步骤1)中建立的稳态工作线获取Est关于转速n的稳态对应关系；步骤3)根据转子动力学和容积动力学求解容积修正系数Vp：步骤3.1)在步骤2)的基础上根据转子动力学计算出发动机在动态过程中燃气发生器需要的能量ΔE：式中，J为转动惯量；步骤3.2)将整个燃气发生器视为一个容腔，根据容积动力学得出燃气发生器出口截面的温度变化：式中，T为燃气发生器出口总温，P为燃气发生器出口总压，Ein为燃气发生器进口能量，Eout为燃气发生器出口能量；步骤3.3)根据步骤1)的试车数据反求出容积修正系数Vp；步骤4)根据上述步骤得到的参数建立实验法和解析法相结合的航空发动机数学模型：步骤4.1)根据稳态工作线和动态系数建立传统实时简化模型：nc(i+1)＝nc(i)+KnΔWfcΔtXc(i+1)＝Xc(i)+KXΔWfc式中，Δt为仿真步长；步骤4.2)根据Est和Vp求解温度的变化率；步骤4.3)根据步骤4.2)求解的温度变化率计算下一时刻的温度：