[发明专利]一种基于稳态数据的发动机简化动态模型设计方法

说明书

本申请提供了一种基于稳态特性数据的发动机简化动态模型设计方法，以不同高度、马赫数、油门杆角度等数稳态特性数据为基础，结合发动机动态过程各主要参数对油门杆阶跃响应特性，确定油门杆变化时发动机转速、推力、油量等参数随时间的动态响应，动态模型在每个时间点仅进行一次迭代求解，各参数的动态响应与真实过程相近，且稳态后各参数均能达到真实稳态值，解决了现有动态模型存在的迭代不收敛、实时性差和稳态误差大等问题，动态模型精度高，稳态误差为零。

技术领域

本申请属于航空发动机设计技术领域，特别涉及一种基于稳态数据的发动机简化动态模型设计方法。

背景技术

航空发动机数学模型的功能是根据飞行条件和发动机工作状态(或油门杆角度)，计算输出发动机推力、燃油消耗量、转速、空气流量、截面压力等性能参数，其可分为稳态模型和动态模型，其中稳态模型可计算出慢车及以上状态的稳态性能参数，如慢车特性、节流特性、高度速度特性等，动态模型可实时计算整个飞行包线范围内的瞬态特性，能够以一定精度反映动态过程性能参数的跟随性。

在飞机、发动机性能协调和综合设计过程中，发动机设计方会给飞机设计方提供发动机数学模型，即用户模型，用于开展飞行仿真。在常规飞行(例如巡航飞行、水平加速)性能评估中，由于飞机飞行惯性较大，发动机稳态模型即可满足其仿真需求；在机动飞行(例如大迎角飞行、过失速飞行)的仿真中，则需要用到发动机的动态特性，此时需要发动机动态模型的应用更为重要。

目前，发动机稳态模型较为成熟、精度较高，利用稳态模型可计算出高度速度特性、慢车特性、节流特性等稳态特性。在动态模型设计方面，普遍应用的是采用基于部件特性的部件法建模，并考虑转子转动惯量及容腔效应，具体设计方法有两种：

一是采用与稳态模型相同的设计方法，建立共同工作方程并迭代求解非线性微分方程组，直到满足误差要求；

二是采用集总参数法将描述发动机主要部件工作过程的非线性微分方程和代数方程预先变换为常微分方程，在计算过程中基本不需要迭代求解，当前时间的参数作为下一步长时间的基础，在每个时间步长作一次数值计算，即可得到下一时间的发动机参数，此方法能够模拟发动机实时动态过程，应用较多。

对于方法一迭代求解共同工作非线性微分方程组的方法，由于变量和平衡方程数量多，迭代求解计算量较大、迭代次数多、收敛速度慢，难以实现实时性，不能体现发动机参数的实时动态变化过程，且迭代求解过程对初值较为敏感，经常出现不收敛的情况。

对于方法二采用集总参数的无迭代求解过程的方法，由于无平衡方程的迭代求解过程，可避免中间过程不收敛问题，且能够实现实时性，但在每个时间步长仅进行一次数值计算，即认为计算结果为真，这种方法是以牺牲精度为代价的，尤其是即使达到稳定状态后，模型输出参数与真实的稳态数据(稳态模型计算的特性数据)存在较大差异，即稳态误差大，难以满足使用需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于稳态数据的发动机简化动态模型设计方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种基于稳态特性数据的发动机简化动态模型设计方法，包括：

获取发动机稳态数据，所述稳态数据包括不同高度、马赫数、油门杆角度下的发动机性能参数；

构建发动机简化动态模型的离散化传递函数，所述离散化传递函数为：

式中，n为第n个时间步长，即当前时刻；

Y(n-1)为第n-1个时间步长输出的参数值；

X(n)为传递函数的当前输入值；

X(n-1)为传递函数前一次的输入值；

Y(n)为传递函数的当前输出值；