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- 基于Modelica和Dymola的航空燃气涡轮发动机建模与仿真
- 作者： 任志彬 来源： 上海交通大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空燃气涡轮发动机 Dymola Modelica 仿真 建模
- 描述： 航空燃气涡轮发动机是一个非常复杂的系统，包括压气机、燃烧室、涡轮、喷管、进气道等主要部件及子系统。发动机部件精确的计算机建模能够帮助设计人员优化发动机的设计，消除多次的设计反复而节约开发成本。本文的目的就是要开发一个通用的部件及子系统的模型库，用来作为基础工具，在概念设计和初步设计阶段建立航空燃气涡轮发动机的系统级动态模型，提供一个发动机结构的动态分析工具。 本文采用模块化建模方法，首先按照实际物理设备对航空燃气涡轮发动机进行了模块化分解，包括轴流式压气机、离心式压气机、涡轮、燃烧室、喷管、进气道等主要模块，以及起动机、转轴、大气环境、接口和函数等附属模块。然后利用Modelica语言和Dymola编译器进行模块库的开发。为了提高模型的可重用性，根据各个部件及子系统的典型特征和相应的物理定律，建立具有抽象性的各种模块，并将这些模块按一定的规则组织成模块库。从用户的角度看，此模块库中的模块具有普遍意义，可以根据需要进行定制，而且在通常情况下只要了解模块的接口就可以使用模块，而不需要知道模块内部的情况。 航空燃气涡轮发动机的部件级建模是系统级建模的基础，建模的精度取决于部件特性的准确性和模型简化程度。本文重点介绍了航空燃气涡轮发动机主要部件及子系统的工作原理，综合采用了特性方程法和基于级的建模法建立压气机和涡轮的模型，从微观的压气机级和涡轮级的特性方程来研究压气机系统和涡轮系统，因此利用所建立的级的数学模型并结合Modelica语言和Dymola编译器，能够组装成复杂的压气机系统和涡轮系统模型并能实现仿真；基于管流理论建立喷管和进气道的模型，对收－扩喷管喉部面积随飞行马赫数的变化关系、可变几何喷管主次流面积随主流马赫数的变化关系以及固定几何内压式进气道特性进行了仿真。 在部件级建模的基础上，进而与其他部件和子系统连接组成航空燃气涡轮发动机系统级模型，对单轴燃气发生器的抽吸特性和双轴涡扇发动机的起动过程进行了仿真，其中以双轴涡扇发动机为例详细介绍了系统级建模和仿真的过程。部件和系统级仿真实验的结果表明，本文所开发的航空燃气涡轮发动机模型库作为一种特性分析工具，可应用于航空燃气涡轮发动机的概念设计和初步设计，具有一定的实用价值。 Modelica和Dymola的强大功能为本文的建模与仿真工作提供了有力的支持，同时本文的工作又是对Dymola软件在新领域应用的有益尝试，本文建立的航空燃气涡轮发动机模型库将成为Modelica标准模型库的一个拓展。