涡喷涡扇发动机控制系统建模与仿真实验报告
某型涡喷发动机起动仿真模型的建立
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。
哈工大发动机控制原理——涡喷发动机非线性模型实验报告
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。
涡扇发动机整机振动特性仿真分析
涡扇发动机整机振动特性仿真分析发布时间：2021-10-19T08:53:24.157Z 来源：《城镇建设》2021年第5月15期作者：王淑金[导读] 针对涡扇发动机整机振动，开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。
王淑金海翔机械厂河北邯郸 057159摘要：针对涡扇发动机整机振动，开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。
建立了转子支承系统、静子承力系统动力学模型，对静子承力系统关键测点在转子不平衡量大小、分布及碰摩力作用下的振动响应特性进行了仿真分析。
仿真结果与实际发动机试验振动图谱的对比分析表明，特征频率点的响应吻合良好。
通过本研究，初步搭建起涡扇发动机整机振动机理仿真分析平台，对提高发动机振动机理研究能力和整机振动分析诊断水平有积极意义。
关键词：涡扇；发动机；振动分析1、前言在飞行过程中，发动机是动力保证，其工作的可靠性直接关系到飞行安全。
发动机振动不仅影响发动机本身的工作，而且影响配件和仪器的工作，结构的发动机振动应力较大，甚至会最终影响发动机的可靠性。
涡扇发动机的振动故障在军用和民用发动机上是不同的，导致大量的发动机提前返回工厂，降低了发动机的使用寿命，增加了维修费用。
据统计，90%以上的结构强度失效是由振动引起的或与振动有关的。
本文从飞机发动机研究的设计、生产、使用和维护方面研究了飞机发动机的振动问题。
2、飞机发动机振动源分析2.1转子故障引起的振动2.1.1转子不平衡“不平衡力”是涡扇发动机振动的重要原因之一。
由于不均匀的缺陷，转子材料的设计、热变形误差、制造、装配和转子在运行介质上的粘连转子或质量损失的过程中，使实际的转子中心的质量和重心产生偏移。
使转子出现质量不平衡[l]。
转子不平衡是影响涡扇发动机振动和噪声的一个重要因素。
它不仅直接威胁到飞机发动机的安全可靠运行，而且还能诱发其他类型的故障。
转子不平衡引起的振动故障是涡扇发动机常见的有害故障，是降低发动机振动的重要措施。
基于T-MATS模块的航空发动机仿真建模
Internal Combustion Engine&Parts0引言航空发动机被誉为“现代工业皇冠上的皇冠”，是一个国家工业基础和科技水平的集中体现，其研制需要投入大量的时间和资金，而航空发动机模型则能有效缩短其研制周期、降低成本和风险，对于发动机性能分析和控制系统研发等起着重要作用。
目前，国内工程应用较多的航空发动机性能仿真模型主要是GasTurb[1]商用软件，其缺点在于代码封闭，用户无法根据需求修改程序，也不易兼容控制系统设计等多学科任务。
而NASA公开源代码的T-MATS[2]模块，可视化用户可以对其进行任意修改，使用灵活方便，且基于MATLAB/Simulink平台使得模块的应用方式和范围更广，有利于开展多学科耦合设计。
本文以涡轴发动机为对象，利用T-MATS模块建立其动态仿真模型，并开展仿真验证。
1基于T-MATS模块的涡轴发动机建模1.1T-MATS模块简介T-MATS（Toolbox for Modeling and Analysis of Thermodynamic Systems，热力系统建模和分析工具箱）模块是由NASA Glen研究中心2014年公开的一款内嵌于MATLAB/Simulink的热力学系统仿真库，包含涡轮机械模型、传感器模型、数值求解器和控制器模型等实用的仿真模块，能够方便地建立复杂的热力学系统模型以用于仿真和控制等研究。
对于发动机复杂的热力学过程，T-MATS 依据发动机的工作原理以及常用的经验公式，利用C语言编写部件的热力学计算流程，并使用Simulink的系统函数（S-Function）将其封装为Simulink模块，在利用Simulink面向对象的特性来提高模块通用性的基础上，也充分保证了模块的计算效率和计算精度。
1.2输入数据处理T-MATS工具箱提供了封装好的发动机基本部件模型，使用时只需要按照发动机的实际工作情况将模型依次连接就可以建立其基本的仿真模型，因此此处对模型的输入数据进行说明，特别是发动机的部件特性。
涡轮螺旋桨发动机建模与控制仿真
26 00
航 空动力学报
第 25 卷
动机的动态加速性能.
1 建模过程
1. 1 涡轮螺旋桨发动机核心模型建模
航空涡桨发动机一体化模型由发动机核心模 型、燃油调节器模型和螺旋桨及其负载调节机构 模型组成. 系统框图如图 1 所示[ 1-3] . 将负载信号 和燃油量信号传递给 发动机核心模 型计算出转 速, 螺旋桨负载调节器和燃油调节器同时接受转 速信号, 计算出新的负载信号和燃油量信号, 形成 闭环控制系统.
1. 4 发动机转速影响螺旋桨负载的建模分析
使用笛卡尔右手系规定扭矩方向. 发动机输
入给螺旋桨机构扭矩为 M 1, 弹性轴 上的扭矩为
Ms , 传递到减速器轴上扭矩是 M 2 , 扭矩经过减速
器传到螺旋桨( 参看图 3) . 在负载桨距角不变时,
发动机的转速 n1 是主动输入量. 列出方程组
M1( t) - M s( t) =
T IA N Chao1 , H U AN G Xiang- hua1 , DENG Zh-i w ei1, 2
( 1. Co lleg e of Ener gy and P ow er Eng ineering , Nanjing U niversit y of Aeronaut ics and Ast ronaut ics, N anjing 210016, China;
第 25 卷 第 11 期 2010 年 11 月
航空动力学报
Journal of Aerospace Power
Vo l. 25 No . 11 Nov . 2010
文章编号: 1000- 8055( 2010) 11-2599- 07
涡扇发动机进排气数值模拟研究
涡扇发动机进排气数值模拟研究摘要：通过完全抛弃发动机内部的流动，给定发动机进气口和排气口设置适当的边界条件的方法，模拟发动机的进排气影响。
首先利用日本航空宇航技术研究所的试验标模进行了计算验证，并将此方法应用到DLR-F6 标模上，取得了很好的效果。
1概述所谓发动机进排气动力影响，是指对于航空发动机，般其前部都要配置进气道，而后部配置尾喷管，这样进气道前面的进气流和尾喷管后面的尾喷流，都会对飞行器的外部流动产生干扰影响。
涡扇发动机的动力数值模拟（CFD ）的主要目的就是要计算发动机工作时发动机进气、排气对飞机气动特性的影。
CFD 是一种虚拟试验，可以完全抛弃发动机内部的流动，只需要给发动机进气口和排气口设置适当的边界条件，就可以准确的模拟发动机的进排气影响。
2动力边界条件涡扇发动机的动力模拟较为复杂，发动机内部涉及到空气压缩、燃烧、膨胀、做功等一系列问题，想完全真实模拟这些变化相当困难，也完全没有必要。
CFD 的特点就是配合合适的边界条件和初始条件计算网格区域的流动，因此可以完全忽略发动机内部的流动情况，只需给定适当的进气和排气边界条件。
涡轮风扇发动机中的内外涵道气流可以分别排出，也可以在排气系统内混合排出，两者在模拟方面没有本质区别，只是设置一个排气边界还是两个排气边界的问题。
2.1发动机入口边界发动机的入口（进气）边界对于计算区域来说相当于流体流出计算域，因此需要设置为出口类边界条件。
数值模拟中的出口边界包括压力出口和质量流量出口。
在发动机进排气模拟中，一般知道给定条件下的发动机进气流量系数MFR（流量系数定义为当时进入进气道的实际空气流量对未经扰动的来流直接撞入进气道应有流量之比），可以换算出进气质量流量。
因此在发动机的进气边界设置质量流量边界条件。
已知发动机的进气流量系数时，进气质量流量按下式计算：2.2发动机出口边界发动机的出口（排气）边界对于计算区域来说相当于流体流入计算域，因此需要设置为入口类边界条件。
飞机涡扇发动机的建模与仿真研究
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。
涡扇发动机主燃油控制系统建模与仿真研究_程涛
1998年6月收稿;1999年3月收到修改稿。
**男 33岁 博士 北京航空航天大学406教研室 100083第14卷 第3期航空动力学报V ol .14No .31999年7月Journal of Aerospace Power July 1999涡扇发动机主燃油控制系统建模与仿真研究北京航空航天大学 程 涛** 祁 英 孟庆明【摘要】 以某型涡扇发动机及其主燃油系统液压机械式调节器为研究对象,在对发动机调节规律进行分析的基础上,建立了转速控制系统、加速控制系统的模型,以及温度传感器和温度放大器、叶片控制系统的元部件的模型。
根据所建立的数学模型,利用M A T L A B 中的仿真工具SIM U L IN K ,对各系统进行了仿真,为发动机主燃油系统的进一步改进提供了理论基础。
主题词: 涡轮风扇发动机 燃油调节器 模型 仿真 分类号: V 233.753该发动机为具有共同加力燃烧室和全状态超音速可调喷管的涡扇发动机,其燃油与控制系统采用混合式控制方案,主燃油控制系统采用机械液压式调节器,该调节器性能先进、功能完备、可靠性高。
加力及喷口调节采用结构简单、性能好的数字式电子控制系统,主要包括加力燃油计量装置,喷口控制装置及数字式电子控制器附件。
该发动机采用了全程多元复合调节的调节计划,在不同的工作状态和不同的工作条件下有不同的调节计划。
主燃油系统的功能是向主燃烧室供给燃油并自动保持发动机的给定工作状态。
1 闭环转速控制系统 发动机的闭环转速控制系统由发动机和转速控制器组成,控制器包括测量元件、放大元件和执行元件。
转速控制系统的任务是当油门操纵杆位置不变而发动机的外界条件变化时,自动保持慢车到最大工作范围内转子的给定转速并按温度修正;当油门操纵杆位置改变时,自动调节燃油流量,使发动机转速随油门操纵杆的位置而变化,转速控制器按上述要求实现供油量的自动调节。
1.1 转速测量元件 在节流工作状态下,高压转子的转速调节由离心式调节器来完成,其输入为弹簧压缩量h 和转速n 2,输出为导杆位移y 。
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涡喷涡扇发动机控制系统建模与仿真实验报告姓名：学号：班级：时间成绩：
一“涡喷发动机控制系统建模与仿真实验”实验报告
1 地面试车实验
海平面温度：高度：0Km
2 空中试车实验
弹道： 1 海平面温度：0度高度：9Km 马赫数：转级状态：95%
二“涡扇发动机控制系统建模与仿真实验”实验报告
三 思考题答卷（在此请回答思考题）
1) 该涡喷发动机控制系统建模仿真实验台建立的是何种发动机数学模型
该发动机是一种小型、单轴不加力、各几何参数不可调的涡轮喷气式发动机。
2) 发动机稳态模型和动态模型的区别是什么发动机工作状态有哪些
稳态模型：定常；动态模型：非定常
状态： 最大 m ax n =5015022000+- 转/分
额定： ±转/分
80%： ±转/分
慢车：
±转/分
3) 试写出涡喷发动机稳态模型计算中的共同工作方程
const =
4) 发动机动态模型中微分方程常用的数值解法有哪些各自优缺点是什么常微
分方程解法有欧拉法、改进欧拉法和龙格－库塔法。
欧拉法简单，计算速度快，但精度不高。
龙格－库塔法精度高，但算法复杂，计算时间长。
改进欧拉法是一种折中方案。
5) 阐述牛顿－拉夫逊方法解非线性方程组的原理。
定义残量(1,2,3)i z i =如下：
1T m C z P P η=-
233z =-⎝⎭⎝⎭计算特性图
355z A A =-计算
收敛条件(1,2,3)i z i ε≤=。
若用向量X 表示3个试取值
123(,,)T X x x x =
用向量Z 表示3个残量，即
123(,,)T Z z z z =
显然残量Z 是试取值向量X 的函数
()Z F X =
这是多元非线性方程组。
确定共同工作点，就是求解方程组
()0F X =
6) 涡喷发动机稳态工作时采用何种控制计划外界干扰主要指的是什么当飞行
条件变化时，为什么能够保证发动机转速不变 闭环负反馈调节；马赫数，飞行高度，气流偏角，等
7) 试车中超调量、调节时间和调节精度是如何定义的。