[发明专利]一种涡喷发动机改型热吹雪装置设备的建模仿真方法

说明书

本发明提供了一种涡喷发动机改型热吹雪装置设备的建模仿真方法，属于涡喷发动机建模仿真技术领域。本发明所述方法通过发动机的组成和工作原理进行分析，建立进气道模型、压气机模型、燃烧室模型、涡轮模型、弯曲排气通道模型及尾喷管模型，通过模型之间的联合仿真完成整个吹雪装置的系统模型建模，进而开展发动机稳态工作仿真分析，有效避免实际试车的危险和成本，可作为热吹吹雪装置控制与故障诊断的参考依据。

技术领域

本发明属于涡喷发动机建模仿真技术领域，具体涉及一种采用计算机仿真技术模拟实际涡喷发动机工作状况的方法。

背景技术

目前，快速、及时清除重要、关键路面薄冰的方法是利用涡喷发动机的高速高温尾气吹除路面积雪和薄冰。涡喷发动机置于载重汽车底盘，高速高温的发动机尾气经尾气罩、导管，由喷嘴吹向路面，涡喷发动机产生的高温高速尾气被导气罩引致喷嘴，以高温高速喷射地面冰层，以清除重要和关键场所的路面薄冰层。

将涡喷发动机改型为除冰装置虽然涡喷除冰效率高、除冰彻底，但除冰成本较高。利用计算机仿真技术建立涡喷发动机模型，是有效避免实际试车危险、节省发动机试车时间和成本，为热吹除雪装置控制系统设计开发及优化提供参考依据。

发明内容

本发明提供了一种涡喷发动机改型热吹雪装置设备的建模仿真方法，利用计算机仿真技术实现涡喷发动机虚拟实现，模拟实际涡喷发动机工作状况，对于热吹除雪装置控制系统设计开发及优化提供理论支撑。

本发明按以下技术方案实现：

一种涡喷发动机改型热吹雪装置设备的建模仿真方法，模型设计方案如下：

步骤1：建立函数模型；

步骤2：建立接口模型：用于组件间的信息传递，主要包含气动和机械转动；

步骤3：建立各部件模型：根据发动机各部件的气动热力学关系建立各个部件的气动热力学方程；

步骤4：模型标定与修正；由发动机工作遵循的气动热力学方程和转子动力学平衡关系将各个部件串联起来，形成共同方程组；

步骤5：模型仿真：对非线性方程组求解得到发动机所有参数，模拟真实发动机的工作性能。

进一步，步骤1具体为：

A、焓-温度函数：流体中温度与焓的换算关系是空气动力学能量守恒方程的基础；

B、临界总温函数：是指与某状态下气体静温度对应的总温度函数关系；

C、等熵过程求压力函数：在气体等熵过程的起始温度和压力以及终了温度已知的情况下求终了压力；

D、等熵过程求熵函数：计算出熵函数，再结合焓-温度函数的反向调用，联合求解等熵过程中的终了温度。

进一步，步骤3为：根据涡喷发动机的组成和工作原理建立涡喷发动机稳态仿真模型，包括大气条件模型、进气道模型、压气机模型、燃烧室模型、涡轮模型、弯曲排气通道模型及尾喷管模型。

进一步，大气条件模型用于设定模型的工作环境，包括引气的状态模型、涡喷发动机工作环境模型；进气道模型的作用是将外界空气吸入吹雪装置内，只需考虑总压恢复系数；压气机模型：高低压压气机采用相同的计算方法进行气动热力计算；燃烧室模型：燃烧室进出口的气动参数遵循质量守恒、能量守恒方程；涡轮模型：高低压涡轮采用相同的计算方法进行气动热力计算；弯曲排气通道模型：弯曲排气通道部件不单独进行流场歧变计算，最终会以尾喷管速度损失系数的方式计算获得；尾喷管模型：吹雪装置仅采用收缩喷管，收缩喷管的工作状态不仅取决于部件上游参数，也受到部件下游即喷管外环境的影响。

进一步，在进气道模型中：

总压恢复系数的主要来源是进气滤网，因此总压损失遵循多层丝网空气过滤器阻力特性，如下公式：