飛行模擬器發(fā)動機系統(tǒng)建模與面向?qū)ο蟮姆抡嫜芯?pdf

1、飛行模擬器能夠在地面逼真、安全地再現(xiàn)飛機的空中飛行行為，是航空業(yè)新機研制、飛行訓(xùn)練不可或缺的模擬設(shè)備。而我國對于飛行模擬器，尤其是高等級飛行模擬器的研制和技術(shù)儲備均遠遠落后于國外發(fā)達國家。在當(dāng)前國家大力發(fā)展大飛機項目的背景下，開展飛行模擬器關(guān)鍵技術(shù)研究服務(wù)于大飛機的研制和飛行訓(xùn)練勢在必行。飛行模擬器以飛機及機載系統(tǒng)的實時仿真模型為主體，航空發(fā)動機作為飛機的心臟，其仿真模型是模擬器的核心，直接決定著飛行模擬的逼真度和模擬器的鑒定等級。由于

2、航空發(fā)動機不僅是一個多變量、非線性的氣動熱力系統(tǒng)，而且其工作條件和工作狀態(tài)復(fù)雜多變，因此發(fā)動機及其控制系統(tǒng)建模與仿真是一項非常具有難度和挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本文旨在建立高逼真度的、實時的、完整的發(fā)動機及其控制系統(tǒng)模型，并開發(fā)一套結(jié)構(gòu)清晰、維護方便、易于擴展的發(fā)動機仿真軟件，以實現(xiàn)飛行模擬器動力系統(tǒng)的實時仿真。
　　為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，首先研究了適用于飛行模擬的航空發(fā)動機模型的特征，提出了飛行模擬器發(fā)動機及其控制系統(tǒng)仿真的基本建模原則，為建

3、立具有高精度、實時性、擴展性和靈活性的動力系統(tǒng)模型進行有效的指導(dǎo)。采用相似理論和部件級建模方法建立了發(fā)動機及其輔助系統(tǒng)的實時性能模型，包括轉(zhuǎn)子動力學(xué)、熱力學(xué)模型，傳感器、作動器動力學(xué)模型和活門動態(tài)模型，相比單純的發(fā)動機穩(wěn)、動態(tài)性能模擬，極大地拓寬了模擬范圍、提高了模擬精度，滿足了飛行模擬的應(yīng)用需求。在正常狀態(tài)模型的基礎(chǔ)上通過構(gòu)建故障因子建立了發(fā)動機故障模型，克服了采用氣動耦合原理和逐級模擬技術(shù)建立故障模型的復(fù)雜性，所建立的實用簡化的故障

4、模型不僅提高了仿真的實時性，而且逼真地再現(xiàn)了故障性能、故障邏輯和效應(yīng)，滿足了飛行模擬器發(fā)動機故障模擬的要求。
　　其次，采用模塊化技術(shù)和精細化建模方法建立了航空發(fā)動機控制系統(tǒng)功能模型，研究了提高仿真精度和實時性的處理方法。通過對實際的控制系統(tǒng)進行功能性分解，確定了功能模型的接口關(guān)系和組成結(jié)構(gòu)，建立了功率管理、燃油流量控制、引氣流量控制、極限控制、反推控制、起動邏輯等功能模型。在建模過程中雖然對次要功能進行了簡化處理或忽略，但實施發(fā)

5、動機控制必須的基本、重要的控制功能被完整無缺的保留了下來，控制系統(tǒng)仿真結(jié)果驗證了控制系統(tǒng)功能模型的有效性。
　　再次，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和應(yīng)用框架技術(shù)建立了發(fā)動機及其控制系統(tǒng)的仿真模型。為了避免傳統(tǒng)的面向過程的開發(fā)方式在大型軟件設(shè)計過程中造成的可讀性差、維護困難的弊端，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)與MATLAB相鏈接的方法進行發(fā)動機仿真系統(tǒng)的軟件設(shè)計。按照由“總”到“分”的建模路線和層級式的設(shè)計模式構(gòu)建了實時仿真模型和動力系統(tǒng)仿真模型的類屬層次

6、結(jié)構(gòu)，定制了動力系統(tǒng)仿真模型的運行框架。對象類之間的繼承性、多態(tài)性、聚合和關(guān)聯(lián)機制保證了仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、易于擴展和維護，統(tǒng)一的運行框架既增強了建模的靈活性又實現(xiàn)了仿真模型的穩(wěn)定、高效運行。
　　最后，剖析了仿真逼真度的內(nèi)涵，構(gòu)建了多層次的發(fā)動機仿真逼真度的評價體系，研究了仿真逼真度評價的定量驗證法和定性驗證法。在具有分布式仿真體系結(jié)構(gòu)的飛行模擬器上開展了發(fā)動機及其控制系統(tǒng)仿真逼真度的客觀定量驗證、主觀定性評價和仿真實時