一种多通道并联组合发动机动态建模方法技术

一种多通道并联组合发动机动态建模方法，涉及组合发动机。1)根据已知组合进气道入口与出口气流特性数据，在体现进气道分流板转动带来气动惯性效应条件下，构建组合进气道全包线数值动态模型；2)根据单轴涡喷发动机气动热力学特性和典型部件特性数据，在体现涡喷发动机转子动力学效应所带来动态特性条件下，构建涡喷通道动态模型；3)根据火箭发动机与亚燃冲压发动机气动热力学原理，在体现火箭发动机燃烧室、亚燃冲压发动机补燃室由喷油与燃烧动态效应、容积动力学效应所带来动态效应条件下，构建引射火箭

【技术实现步骤摘要】
一种多通道并联组合发动机动态建模方法


[0001]本专利技术涉及组合发动机领域，尤其是涉及一种多通道并联组合发动机动态建模方法。

技术介绍

[0002]在宽速域条件下为实现航空发动机高效率与高经济性工作，通常采用组合动力装置，将各类型的发动机组合，使各子动力发动机在合适的马赫数范围内工作以发挥其相应优势。组合动力发动机的理论建模作为反映组合动力发动机气动热力学过程的数学方法，对于组合动力发动机初期设计，特别是来流分配过程与燃油分配过程等控制系统的设计具有重大意义。因此，在组合动力发动机初期设计过程中对于组合动力发动机物理模型的动态性、准确性、实时性具有较高的要求。
[0003]此外，由于涡轮基组合动力(TBCC)具有低速性能好、飞行速域广、经济性良好等优点，已成为组合动力的研制重点。现有一种多通道并联的三动力组合发动机([1]邢菲,郭峰,朱剑锋,尤延铖.一种多通道并联的三动力组合发动机设计方法[P].福建省：CN109670269B,2021
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05.)，将引射火箭
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亚燃通道、两个涡轮通道与超燃通道四个通道并联布置，上通道为引射火箭与亚燃燃烧室串联的组合形式，下通道为超燃燃烧室，左右通道均为涡轮发动机，上述四通道共用一个三维内转进气道和尾喷管从而组成四通道三动力组合发动机。该组合动力发动机以涡轮发动机为基础，集成冲压发动机、火箭发动机等动力形式，形成宽速域高超声速动力系统。
[0004]然而，多通道并联的三动力组合发动机的设计，现阶段还存在以下问题：1、针对构型的四通道三动力组合发动机，尚未进行详细的气动热力学物理建模，难以对该组合动力发动机，特别是控制系统设计与优化；2、根据现有公开文献资料，现有的组合动力发动机建模方法，特别是包含冲压发动机的并联组合动力发动机，大多是基于稳态模型进行构建的，无法反映各通道关键构件(如进气道分流板)或气动热力学过程所带来的动态特性，难以满足对组合发动机来流分配时机与比例、燃油分配过程的精确控制律的设计要求；3、现有研究中，并联通道的来流流量及相关气动参数(如流量、总温、总压)大多相互独立，难以体现对来流进行分配时各并联子通道气流的耦合性影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，基于上述多通道并联的三动力组合发动机，提供一种多通道并联组合发动机动态建模方法。在体现对来流进行分配时各并联子通道气流的耦合性影响的同时，充分考虑进气道分流板动态效应、喷油与燃烧动态效应、转子动力学效应、容积动力学效应等组合动力发动机的关键部件或气动热力学环节所带来的动态特性，以进一步真实反映上述多通道并联的三动力组合发动机的动态响应过程。
[0006]为达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：
[0007]1)建立组合进气道动态模型，即根据已知的组合进气道入口与出口的气流特性数据，在体现进气道分流板转动带来气动惯性效应的条件下，构建组合进气道全包线数值动态模型；
[0008]2)建立涡喷通道动态模型，即根据单轴涡喷发动机气动热力学特性和典型部件特性数据，在体现涡喷发动机转子动力学效应所带来的动态特性的条件下，构建涡喷通道的动态模型；
[0009]3)建立引射火箭
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亚燃通道动态模型，即根据火箭发动机与亚燃冲压发动机的气动热力学原理，在体现火箭发动机燃烧室、亚燃冲压发动机补燃室由喷油与燃烧动态效应、容积动力学效应所带来的动态效应的条件下，构建引射火箭
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亚燃通道动态模型；
[0010]4)建立超燃通道模型，即根据超燃冲压发动机的气动热力学原理，构建超燃通道动态模型。
[0011]在步骤1)中，所述已知的组合进气道入口与出口的气流特性数据，包括各通道流量捕获系数、总压恢复系数与飞行高度、马赫数、涡喷通道分流板开度、引射火箭
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亚燃通道分流板开度的数值及其对应关系。
[0012]在步骤1)中，所述组合进气道的关键构件为各通道的分流板，其机械转动所带来的惯性效应导致进气道来流参数输入与输出的惯性效应，通过增加分流板的惯性环节体现组合进气道的动态特性。
[0013]在步骤1)中，所述构建组合进气道全包线数值动态模型，当涡喷通道分流板开度或引射火箭
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亚燃通道分流板开度改变时，同时对四个通道来流的气动参数造成影响，由此反映对来流进行分配时各并联子通道气流的耦合性影响。
[0014]在步骤2)中，所述涡喷通道动态模型的部件包括压气机、燃烧室、涡轮、涡轮喷管，所需单轴涡喷发动机气动热力学特性和典型部件特性数据包括压气机特性曲线与涡轮特性曲线。
[0015]在步骤2)中，所述构建涡喷通道的动态模型，在考虑流量连续、压力平衡、功率平衡的前提下，由转子动力学效应体现其动态过程。
[0016]在步骤3)中，所述引射火箭
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亚燃通道动态模型包括亚燃扩压段、火箭燃烧室、火箭喷管、掺混室、亚燃补燃室、亚燃喷管。
[0017]在步骤3)中，所述构建引射火箭
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亚燃通道动态模型，由于火箭燃烧室、亚燃补燃室的喷油环节、燃烧环节具有动态时滞效应，通过增加惯性环节体现引射火箭
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亚燃通道的喷油与燃烧动态效应；火箭燃烧室、亚燃补燃室的容积动力学效应也体现引射火箭
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亚燃通道的动态效应。
[0018]在步骤4)中，所述超燃通道模型包括超燃隔离段、超燃燃烧室、超燃喷管。
[0019]在步骤4)中，所述构建超燃通道动态模型，考虑在高马赫数飞行下，超燃通道动态响应趋于瞬时的特点，将其动态特性体现在进气道分流板动态效应上。
[0020]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0021](1)本专利技术针对上述构型的四通道三动力组合发动机构建详细的气动热力学模型，为该构型组合动力发动机的设计，特别是控制系统的设计提供了数学物理模型基础；
[0022](2)本专利技术考虑到进气道分流板动态效应、喷油与燃烧动态效应、转子动力学效应、容积动力学效应等组合动力发动机的关键构件或气动热力学环节所带来的动态特性，
构建多通道并联组合发动机动态模型，更加真实反映各通道关键构件或气动热力学过程所带来的动态过程，满足对组合发动机来流分配时机与比例、燃油分配过程的精确控制律的设计要求；
[0023](3)本专利技术通过组合进气道分流板开度变化同时对四个通道来流的气动参数造成影响，反映了对来流进行分配时各并联子通道气流的耦合性影响，进一步提高组合动力物理模型的准确性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术对应的组合动力发动机俯视结构示意图；
[0025]图2为本专利技术对应的组合动力发动机侧视结构示意图；
[0026]图3为本专利技术对应的组合进气道结构示意图；
[0027]图4为本专利技术的计算流程图。
具体实施方式
[0028]为了更加清晰地阐述本专利技术所要解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道并联组合发动机动态建模方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立组合进气道动态模型，即根据已知的组合进气道入口与出口的气流特性数据，在体现进气道分流板转动带来气动惯性效应的条件下，构建组合进气道全包线数值动态模型；2)建立涡喷通道动态模型，即根据单轴涡喷发动机气动热力学特性和典型部件特性数据，在体现涡喷发动机转子动力学效应所带来的动态特性的条件下，构建涡喷通道的动态模型；3)建立引射火箭
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亚燃通道动态模型，即根据火箭发动机与亚燃冲压发动机的气动热力学原理，在体现火箭发动机燃烧室、亚燃冲压发动机补燃室由喷油与燃烧动态效应、容积动力学效应所带来的动态效应的条件下，构建引射火箭
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亚燃通道动态模型；4)建立超燃通道模型，即根据超燃冲压发动机的气动热力学原理，构建超燃通道动态模型。2.如权利要求1所述一种多通道并联组合发动机动态建模方法，其特征在于在步骤1)中，所述已知的组合进气道入口与出口的气流特性数据，包括各通道流量捕获系数、总压恢复系数与飞行高度、马赫数、涡喷通道分流板开度、引射火箭
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亚燃通道分流板开度的数值及其对应关系。3.如权利要求1所述一种多通道并联组合发动机动态建模方法，其特征在于在步骤1)中，所述组合进气道的关键构件为各通道的分流板，其机械转动所带来的惯性效应导致进气道来流参数输入与输出的惯性效应，通过增加分流板的惯性环节体现组合进气道的动态特性。4.如权利要求1所述一种多通道并联组合发动机动态建模方法，其特征在于在步骤1)中，所述构建组合进气道全包线数值动态模型，当涡喷通道分流板开度或引射火箭
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亚燃通道分流板开度改变时，同时对...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪飞，张俊龙，何增明，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：