一种涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108829928A(43)申请公布日2018.11.16(21)申请号201810432419.2(22)申请日2018.05.08(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人鲁峰高天阳一黄金泉周文祥吴斌仇小杰(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人陈国强(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图13页(54)发明名称一种涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法(57)摘要本发明公开了一种涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法，包括以下步骤：步骤A，根据涡轴发动机各部件气动热力学特性，获得涡扇发动机各个工作截面的参数，建立涡轴发动机慢车以上状态的非线性部件级动态通用模型；步骤B，设计容积跟踪滤波器，估算得到的非线性部件级动态通用模型中的涡轴发动机气路部件不可测的性能特征参数；气路部包括压气机、燃气涡轮、动力涡轮；步骤C，利用估算出的性能特征参数自动修正各气路部件的流量和效率特性图，将调整后的气路部件特性参数用于部件气动热力参数的计算，得到修正后的模型输出数据，建立慢车以上状态的自适应部件级仿真模型。本发明解决了涡轴发动机个体差异与性能蜕化引起的模型失配问题。CN108829928ACN108829928A权利要求书1/2页1.一种涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A，根据涡轴发动机各部件气动热力学特性，获得涡扇发动机各个工作截面的参数，建立涡轴发动机慢车以上状态的非线性部件级动态通用模型；步骤B，设计容积跟踪滤波器，估算步骤A得到的非线性部件级动态通用模型中的涡轴发动机气路部件不可测的性能特征参数；气路部包括压气机、燃气涡轮、动力涡轮；步骤C，利用步骤B估算出的性能特征参数自动修正各气路部件的流量和效率特性图，将调整后的气路部件特性参数用于部件气动热力参数的计算，得到修正后的模型输出数据，建立慢车以上状态的自适应部件级仿真模型。2.根据权利要求1所述的涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法，其特征在于：所述步骤A的具体步骤如下：步骤A1，根据涡轴发动机各部件气动热力学特性、设计点参数以及试车数据建立慢车以上状态的涡轴发动机各部件的数学模型，再根据流量连续、功率平衡及转子动力学原理建立各部件之间的共同工作方程，最后使用非线性方程数值解法迭代求解，获得发动机各个工作截面的参数，实现慢车以上状态的涡轴发动机非线性部件级动态通用模型的建立；并引入发动机气路部件性能特征参数来表征发动机个体性能差异或者使用时间带来的性能蜕化，气路部件性能特征参数选取旋转部件的效率系数SEi和流量系数SWi，定义如下式中：ηi,wi为部件的实际效率和流量，而为部件效率和流量的理想值；步骤A2，选择需要使用的发动机模型工作截面的传感器量测参数，包括：动力涡轮转速NP，燃气涡轮转速NG，压气机出口总温T3，压气机出口总压P3，动力涡轮入口总温T45，动力涡轮入口总压P45，动力涡轮出口总温T5，动力涡轮出口总压P5。3.根据权利要求1所述的涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法，其特征在于：所述步骤B的具体步骤如下：步骤B1，将步骤A中获得的各个工作截面的参数进行相似归一化处理；步骤B2，利用容积跟踪滤波器估计涡轴发动机气路部件不可测的性能特征参数，获得发动机气路部件性能调整的具体数值。4.根据权利要求3所述的涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法，其特征在于：所述步骤B1中，相似归一化过程如下：2CN108829928A权利要求书2/2页式中，下标ds表示涡轴发动机设计点参数，T2、P2为压气机进口总温和总压，NP为动力涡轮转速，NG为燃气涡轮转速，T3为压气机出口总温，P3为压气机出口总压，T45为动力涡轮入口总温，P45为动力涡轮入口总压，T5为动力涡轮出口总温，P5动为力涡轮出口总压，N′P,N′G,T′3,P′3,T′45,P′45,T′5,P′5为对应参数的相似归一化后的值。5.根据权利要求3所述的涡轴发动机自适应部件级仿真模型构建方法，其特征在于：所述步骤B2中利用容积跟踪滤波器计算不可测的气路部件性能特征参数的详细步骤如下：步骤B2.1，初始化性能特征参数向量的后验估计值和后验方差矩阵。步骤B2.2，根据上一时刻的性能特征参数后验估计和后验方差生成此时刻的性能特征参数容积点，调用非线性部件级动态通用模型并对各个性能特征参数容积点进行状态更新，计算性能特征参数一步预测的先验估计和先验方差；步骤B2.3，根据性能特征参数先验估计和先验方差选取新的性能特征参数容积点，调用非线性部件级动态通用模型并对性能特征参数容积点进行