科创中国

行业领域

高端装备制造产业,航空装备产业

需求背景

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。

需解决的主要技术难题

构造专用于当前时刻k的半交替形式的待优化控制序列ΔU： 式中,下标k+0、k+1、…、k+r-1、k+r表示用于当前时刻k、将来时刻k+1、…、k+r-1和k+r的发动机控制的控制向量分块,Δu-1、Δu-2、Δu-i、Δu-(i+1)、Δu-r为离散状态空间模型输入向量u的分块向量,上标T表示转置,Δ表示偏差量,p为离散状态空间模型控制向量的维数,r为离散状态空间模型控制向量中所有元素的分块数量,各向量分块的维数为z-1、…、z-r,表示有理数集合；下标j表示用于将来时刻k+n-u-1的控制向量分量下标,其取值随r和n-u而变化,按如下方式确定：将各个分量下标按照i,i+1,i+2,…,r,1,2,…,i-1,i,i+1,i+2,…,r,1,2,…,i-1…的方式依次重复排列,从第一个i开始数起的第n-u个数即为j的值；步骤B、根据控制时域n-u和预测时域n-y构造出具有如下形式的发动机被控量和限制量的预测方程： 式中,下标ctrl表示被控量,con表示限制量,ε表示离散状态模型通过线性化方式获得时由于线性化造成的附加状态增量,ΔY-(ctrl)和ΔY-(con)分别表示预测时域上被控量和被限制量的预测值,P-(ctrl)、H-(ctrl)、L-(ctrl)、P-(con)、H-(con)和L-(con)分别表示被控量和限制量预测方程的系数矩阵,且H-(ctrl)和H-(con)的元素结构在每个仿真时刻k随ΔU的改变而改变,且 式中,x、y分别表示离散状态空间模型的状态向量、输出向量,y-(ctrl)和y-(con)的下标“ctrl”和“con”统一写在方括号右下角以简化表达；

期望实现的主要技术目标

（1）开展发动机模型的全包线性能计算；

（2）开展有无主动控制条件下的发动机性能对比分析；

技术服务的要求:

仿真测试包括起动、加速、减速、停车等阶段

需求解析

解析单位：“科创中国”航空制造产业科技服务团（中国航空学会） 解析时间：2023-11-23

杨亮

中国航空学会

高级工程师

综合评价

1.依据某型发动机设计点参数,利用部件法建立发动机各部件模型,根据发动机稳态共同工作方程,建立整机稳态模型。以N-R法为基础,通过加入求解变量约束机制和自适应变步长机制构造了改进N-R法,通过仿真结果表明改进N-R法对于不同的初猜值条件和不同的计算步长表现出良好的适应能力,能够保证算法求解的收敛性能以及求解速度。基于改进N-R方法对于稳态模型进行求解,将求解结果与试验数据进行比较,证明稳态模型具有一定的精度但还需进一步修正。 2.针对常用的3种部件特性修正优化算法:遗传算法(GA)、微分进化算法(DE)和粒子群算法(PSO),进行了机理分析和算法编码,并以压气机部件为例,测试并比较了各个算法的修正性能,误差都保持在1%以内;PSO算法具有编码简单的优点,但收敛速度受惯性权重ω取值影响。 3.利用改进PSO算法在设计点处对某型发动机风扇、压气机、高压涡轮以及低压涡轮部件模型的部件特性图进行修正更新,对于设计点的修正采取对整个部件特性图进行小范围的调整的策略。

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