微型涡喷发动机动态数学模型建立与实时仿真

某型涡喷发动机起动仿真模型的建立摘要:通过对某型航空涡轮喷气发动机起动过程的分析,建立了该型发动机起动过程的仿真模型。

使用表明,该模型真实、准确,完全满足机务训练的要求。

关键词:航空发动机起动过程仿真1 引言航空发动机从转速为零加速到慢车转速的过程,称为发动机的起动过程。

这是一个自动过程,起动机构的各个部件按严格的顺序进行工作,稍有差错就会发生故障。

因此,无论是从发动机试车模拟完整性的角度,还是从故障研究的角度出发,起动过程都是必须要重点研究和模拟的过程之一。

由于发动机的性能主要是指发动机起动以后的性能指标,起动过程的仿真研究一直没有引起人们的足够重视。

为了真实地模拟发动机地面试车的全过程,较好地进行起动过程中故障的模拟和研究,本文根据某型涡喷发动机起动过程的实际特点,建立了该型发动机起动过程的数学模型。

2 发动机起动过程的时序发动机的起动过程是按严格的顺序进行的,在这个过程中,起动机构的各部件按一定次序先后投入工作。

它们的工作过程如下:(1)将油门手柄从停车位置推到慢车位置;(2)按下“起动”按钮后,起动机开始带动高压转子旋转,中介油泵和主燃油泵同时工作;(3)按下起动按钮后1.6秒,燃油急降电磁活门通电,活动铁芯推动活门左移,使等差活门弹簧室与低压腔相通,等差活门左移,使斜盘角度减至最小,同时等差活门的回油槽也接通低压腔,结果使起动供油量接近于零,同时点火线圈向点火电咀供电;(4)当按下起动按钮后7.1秒时,起动电磁开关根据时间自动器控制的时间程序而通电,来自主燃油泵定压油路的燃油,经过起动活门后,相对于压力的压差值为0.414±0.049MPa(4.5±0.5kg/cm2),通过单向活门及起动燃油总管进入点火器内的起动喷咀,在点火器内,燃油与空气混合并被点燃,形成点火源。

(5)在按下起动按钮后16.6s,时间自动器的凸轮断开燃油急降活门。

柱塞泵斜盘角度增大,油泵供油量增加,分配器活门打开燃油流入主燃烧室喷咀的油路,向主燃烧室供油。

微型涡喷发动机数字控制实时半物理模拟试验系统
苏三买;马瑞;冷文彬
【期刊名称】《航空动力学报》
【年(卷),期】2001(16)1
【摘要】本文以某微型涡喷发动机为工作对象 ,采用 80 98单片机作数字控制器 ,计算机当作模型发动机 ,具体介绍了数控半物理模拟试验系统概述、发动机数学模型建立、系统硬件总体设计、自适应模型跟随控制器及其软件设计 ;在此基础上建立了发动机数控实时半物理模拟试验系统并进行试验 ,结果证明 :所设计的系统能实时地反映控制系统作用下的真实试车过程。

【总页数】4页(P93-96)
【关键词】微型涡喷发动机;数控系统;半物理模拟试验;数字控制系统
【作者】苏三买;马瑞;冷文彬
【作者单位】西北工业大学航空动力与热力工程系;浙江航空公司
【正文语种】中文
【中图分类】V235.11;V233.75
【相关文献】
1.基于动态系数法的微型涡喷发动机实时建模 [J], 徐鑫;张天宏;盛汉霖
2.基于RTOS的涡喷发动机数字控制系统 [J], 郑玉全;陈杰;沈为群;宋子善
3.基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验 [J], 汪文君;徐友良;吴雪蓓;李敏;羅瀟;米棟;李堅;郭小軍;
4.基于试验的微型涡喷发动机起动控制研究 [J], 彭鸿博;杨创;于军力;冯远
5.弹用涡喷发动机数控实时仿真系统设计及试验 [J], 苏三买;马瑞
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涡喷发动机非线性模型实验指导书一、实验任务1. 学习借助matlab/simulink软件搭建涡喷发动机非线性模型的方法；2. 掌握涡喷发动机模型仿真的原理和实施方法；3. 认识微型涡喷发动机的实时仿真平台，了解系统仿真在发动机控制系统设计中的作用。

二、实验基本原理针对航空发动机直接进行控制算法的硬件实现，然后在真实工作环境下进行试验具有很高的风险和费用。

为此，需发展降低风险的有效方式——控制系统仿真技术，其对于控制系统的开发和研究具有重要的实际意义。

从控制系统仿真的目的来看，发动机控制系统仿真按照实物和仿真部分的不同分为以下两种：(1) 控制对象是真实的物理发动机，控制算法用控制原型机仿真实现，而不是最终的控制器硬件。

考虑到可能的控制算法修改，往往用一台可在实时情况下运行的实时仿真机来代替真实的控制器，这种仿真方式被称为快速控制原型（Rapid-control-prototyping）仿真。

matlab/simulink软件是实现发动机控制系统控制原型（Rapid-control-prototyping）仿真的最便捷方法。

matlab/simulink软件是一种基于MATLAB 的框图设计环境，实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，只需单击和拖动鼠标操作就能完成，而且可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。

Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

(2) 控制对象的行为通过仿真实现，控制算法通过真实的控制器硬件实现。

收稿日期:2003-06-10;修订日期:2003-09-18作者简介:程涛(1964-),男,山东莱州人,北京航空航天大学能源与动力工程学院副教授,主要从事航空发动机控制和半实物仿真试验的研究.第19卷　第3期2004年6月航空动力学报Journa l of Aerospace PowerV o l 119N o 13Jun .　2004文章编号:100028055(2004)0320383204小型涡喷发动机数控调节器的半实物仿真程　涛(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100083)摘要:介绍了某小型涡喷发动机数控调节器的半实物仿真试验系统的设计,以及软件和硬件的试验配置。

半实物仿真试验对涡喷发动机控制系统的稳态和瞬态性能进行了校正和验证。

试验完成了发动机数控调节器在地面和空中起动、停车功能的检验;自动加、减速功能,稳态调节性能的校正和校验;评价了发动机空中起动,按理论弹道飞行过程的调节性能。

最后,给出了部分的仿真试验曲线。

关　键　词:航空、航天推进系统;涡喷发动机;半实物仿真;发动机模型;数字式控制中图分类号:V 231 文献标识码:AHardware i n the L oop Si m ula ti onof M i n itype Turbojet Eng i n e D i g it a l Con trol Regula torCH EN G T ao(Schoo l of Jet P ropulsi on ,Beijing U n iversity of A eronautics and A stronautics ,Beijing 100083,Ch ina )Abstract :T h is paper covers the design s of H ardw are in the L oop Si m ulati on (H I L S )test 2ing of m in itype turbo jet engine digital con tro l regulato r ,and hardw are and s oft w are configura 2ti on s .T he H I L S tests check up the tran sien t and steady state perfo r m ances of the engine con tro l syste m .T he tests co rrect and verify the capability of engine digital con tro l regulato r ground start and air start ,stopp ing ,autom atic accelerating and decelerating ,and steady state regulati on .A ls o the tests evaluate the adjusting capability of air start ,and flying al ong the ballistic trajecto ry .F i 2nally s om e test results are p resen ted .Key words :aero s pace p ropulsi on syste m ;turbo jet engine ;hardw are in the l oop si m ulati on ;engine model ;digital con tro l 发动机控制系统的主要目的是提供最大的推力,最小的燃油消耗;控制发动机在喘振边界内安全可靠地运行,保护转速、温度、压力等状态参数不超出工作极限。

飞机涡扇发动机的建模与仿真研究随着航空工业的不断发展，涡扇发动机已经成为了现代飞机最常用的动力装置。

在不同飞行工况下，涡扇发动机的性能和特性都有所不同，因此开展相关的建模和仿真研究显得尤为重要。

本文将着重讨论飞机涡扇发动机的建模与仿真研究。

一、涡扇发动机的构成与特点涡扇发动机是由高压压气机、低压压气机、燃烧室、涡轮和推力增强器5个部分构成的。

其中高压压气机和低压压气机共同驱动大的涡轮，形成推力，而燃烧室则是将油气混合物燃烧后产生高温高压的气体，驱动涡轮并产生动力输出。

涡扇发动机的特点是节省燃料、具有高速度、较大推力和低噪音等优点。

二、涡扇发动机建模的理论基础涡扇发动机建模是在对发动机实现物理建模的基础上建构的一种数学模型。

涡扇发动机建模的主要理论基础包括控制工程、热力学和流体力学等。

其中，控制工程主要用于分析和控制模型中的运动状态，热力学主要用于分析和描述发动机燃气流动和能量转换特性，而流体力学则主要用于分析和描述发动机漩涡流动、冷却通道和涡轮叶片的流场特性等。

三、涡扇发动机建模的关键技术涡扇发动机建模的关键技术包括建立数学模型、选取仿真软件和分析仿真结果三个方面。

建立数学模型时，需要考虑到发动机各部分之间的相互作用关系，并选择适当的数学变量进行描述。

选取仿真软件时，需要考虑软件的功能和性能，同时也需要考虑成本和易用性等方面因素。

分析仿真结果时，需要对仿真结果进行分析、比较和总结，并提出相应的优化方案。

四、仿真实验的设计和实施为了更加准确地进行涡扇发动机的建模和仿真研究，需要进行一系列的仿真实验。

在实验设计和实施过程中，需要注意以下几点。

首先，需要选取适当的实验工况，包括不同推力和高度等。

其次，需要选取相似理论，将实验所涉及的参数归一化。

最后，在实施实验时，需要精确控制实验环境，包括温度、气压等。

五、涡扇发动机的建模与仿真研究的应用涡扇发动机的建模与仿真研究在现代航空工业中应用非常广泛。

其中，主要包括发动机设计、发动机性能评估和飞行控制等方面。

微型涡喷发动机燃烧室数值模拟
李聪;方蜀州;张平
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2008(29)5
【摘要】微型涡轮喷气发动机(Micro-turbine engine)燃烧室具有传热损失大及燃烧驻留时间短的特点。

为了给微型燃烧室定型提供数据参考,对设计的微型环形燃烧室中的稳态燃烧过程进行数值模拟。

计算入口边界参数采用等熵数值计算结果,喷雾性能参数通过试验获得,考虑了湍流化学反应、热辐射、液滴的蒸发及二次雾化等情况,得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及浓度分布,计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况。

计算结果表明,燃烧室设计合理,燃料可以充分燃烧,各项性能参数基本符合设计要求,能够为燃烧室的进一步优化设计提供改进依据。

【总页数】6页(P513-518)
【作者】李聪;方蜀州;张平
【作者单位】北京理工大学宇航科学与技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】V235.113
【相关文献】
1.基于项目制的焊接实践教学模式探究——以微型涡喷发动机燃烧室零部件制造为例
2.微型涡喷发动机燃烧室全覆盖气膜冷却
3.新型纽扣式涡喷发动机燃烧室数值模拟
4.微型涡喷发动机燃烧室设计研究
5.微型涡喷发动机燃烧室优化与试验研究
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2006年10月第27卷 第5期推 进 技 术J OURNAL OF PRO PUL SI ON TECHNOLOGYOct 2006V ol 27 No 5微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验*张天宏,黄向华,曹 谦(南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016)摘 要:在某微型涡轮发动机控制系统开发过程中,为研究该发动机控制规律,提出一种半物理仿真和台架试验结合的研究方法。

设计了包含电子控制器在回路的半物理仿真试验,通过分析原控制逻辑以及起动过程存在的问题,提出对起动控制规律的改进和优化,开展了基于原配电子控制单元和工控机的台架试验,验证了优化后的控制规律,并将其应用于控制器开发。

本文提出的方法可避免大量的实物台架试验,缩短控制器的研制周期。

关键词:微型涡轮发动机+;控制系统;半物理仿真;台架试验中图分类号:V 235 1 文献标识码:A 文章编号:1001-4055(2006)05-0445-05* 收稿日期:2005-10-15;修订日期:2005-12-29。

基金项目:国防科研基金(K1601060711)。

作者简介:张天宏(1968 ),男,副教授,博士,研究领域为航空发动机控制、建模与故障诊断。

Control syste m si m ulati on and bed test for m icro tur bi ne e ngi neZHANG T ian -hong ,HUANG X i a ng -hua ,CAO Q i a n(Coll of Energy and Pow er ,N an jing U niv of A e ronautics and A stronautics ,N an ji ng ,210016,Chi na)Abstrac t : A m ethod co m bini ng se m -i physical s i m u l a tion and bed test w as proposed for study i ng the contro l sche m e i n the deve lopment process o f the contro l syste m fo rM icro T urb i ne Eng ine(M TE).The exper i m ent p l a tfor m w as deve loped w it h E l ectronic Contro lU n it(EC U )i n l oop .A fter ana l y zi ng the o rig i nal contro l log ic and t he prob l em s encounte red i n the startup process ,t he i m provem ent and opti m i za ti on o f t he sta rt control schem e w ere proposed and ver ified by the bed testw it h the or i g-i nal EC U and an i ndustry co m puter i n l oop ,respecti ve l y.T he who l e control sche m e i m proved w as adopted by the ne w l y deve-l oped contro ll e r .The me t hod proposed has sho rt deve l op m ent per i od for the fact that a l o t of i gn iti on expe ri m ents are avo ided .K ey word s : M icro turb i ne eng i ne +;Contro l syste m;Se m -i phy si ca l si m u lati on ;B ed test1 引 言微型涡轮发动机(MTE )体积小、重量轻、结构紧凑,在高速微型无人驾驶飞机上具有重要的应用前景[1~4]。

基于VR的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作1. 引言1.1 研究背景涡喷六航空发动机是一种高性能的喷气式发动机，具有较高的推力、燃烧效率和可靠性。

随着航空业的发展，涡喷六航空发动机在飞机动力系统中扮演着重要的角色。

传统的实验研究方法存在着一些不足，如成本高、风险大、耗时长等问题。

基于虚拟现实（VR）技术的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作显得尤为重要。

通过建立涡喷六航空发动机虚拟实验平台，研究人员可以在虚拟环境中模拟各种实验情景，包括不同工况下的性能测试、燃烧过程分析、动力系统优化等。

这将大大减少实际实验的成本和风险，提高实验效率，加快研究进程。

利用VR技术还可以实现对发动机内部结构的立体展示，让研究人员更直观地了解发动机的工作原理和性能特点。

基于VR的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作对于提高研究效率、降低研究成本，推动航空发动机技术的发展具有重要意义。

1.2 研究意义涡喷六航空发动机是目前航空发动机领域的研究热点之一，其具有高效率、低排放、低噪音等优点。

通过对涡喷六航空发动机进行虚拟实验可以有效地减少实验成本、提高实验效率，并且可以模拟各种复杂的工况，为工程师提供更多的设计参数和方案选择。

基于VR的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作具有重要的研究意义。

通过搭建这样一种虚拟实验平台，可以帮助工程师更加直观地理解发动机工作原理，优化设计方案，提高发动机性能，推动航空发动机领域的发展。

虚拟实验平台还可以为培训航空发动机相关人员提供一个实践的平台，提升人员的技术水平和实践能力。

研究基于VR的涡喷六航空发动机虚拟实验平台的设计与制作具有重要的实际应用价值和推广价值。

2. 正文2.1 涡喷六航空发动机介绍涡喷六航空发动机是一种先进的涡喷式喷气发动机，具有高功率、高效率、低排放等优点。

其基本结构包括压气机、燃烧室、涡轮和喷管等部件。

压气机负责将空气压缩，燃烧室进行燃烧，涡轮则带动压气机和喷管转动，从而产生推力。