一种机载机电系统的优化设计方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及一种机载机电系统的优化设计方法及装置，该方法包括：构建机载机电系统的仿真模型，机载机电系统的仿真模型用于根据机载机电系统的设计参数值，计算获得机载机电系统的运行性能参数值和自身特征参数值；确定机载机电系统在飞机全任务阶段的燃油消耗计算公式，燃油消耗计算公式用于根据飞机飞行状态参数值、机载机电系统的运行性能参数值和自身特征参数值，计算获得机载机电系统的燃油消耗值；将机载机电系统的燃油消耗值的取值最小作为优化目标，利用仿真模型和预设最优解算法计算获得机载机电系统的最优设计参数值。与现有技术相比，本申请能够缩短机电系统的设计参数优化时间并提高优化准确性。优化时间并提高优化准确性。优化时间并提高优化准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种机载机电系统的优化设计方法及装置


[0001]本申请涉及航空
，具体涉及一种机载机电系统的优化设计方法及装置。

技术介绍

[0002]机载机电系统是保证飞机飞行安全和任务执行所必须的关键功能系统，主要包括液压、燃油、环控、辅助/应急动力、电力等典型系统，其重量约占空机总重的30%，零件数量约占全机的60%，能量利用效率不足30%，其耗能水平直接影响了飞机的航程、航时和经济性。
[0003]传统机载机电系统需要从发动机提取能量，提取功率的大小将直接影响发动机的运行能力。与地面设备不同的是，机载机电系统需要靠发动机推进提供的升力来承载重量，也就是说，机载机电系统重量越大，对飞机的升力和发动机的推力也就要求越高。因此机载机电系统的效能评估和优化设计将直接影响飞机平台能力水平。
[0004]现有技术中，往往是通过功重比这一指标对机载机电系统的效能水平进行评价，即在设计需求的指导下设计功率更大、重量更轻的产品，这一设计方法是从产品能力属性上进行设计，但并未考虑系统效率和重量对飞机的影响，因此会出现机电产品性能达标但效能水平不高的问题，因此亟需在机载机电系统的设计之初便开始基于效能最优的优化设计工作。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种机载机电系统效能评估与优化设计方法，所解决的技术问题之一在于克服现有技术中对机载机电系统设计参数的优化不够全面，致使机载机电系统效能较低的问题。
[0006]本申请实施例第一方面公开一种机载机电系统的优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：
[0007]构建机载机电系统的仿真模型，其中，所述机载机电系统的所述仿真模型用于根据所述机载机电系统的设计参数值，计算获得所述机载机电系统的运行性能参数值和自身特征参数值；
[0008]确定所述机载机电系统在飞机全任务阶段的燃油消耗计算公式，其中，所述燃油消耗计算公式用于根据飞机飞行状态参数值、所述机载机电系统的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值，计算获得所述机载机电系统的燃油消耗值；
[0009]将所述机载机电系统的所述燃油消耗值的取值最小作为优化目标，利用所述仿真模型和预设最优解算法计算获得所述机载机电系统的最优设计参数值。
[0010]本申请实施例第二方面公开一种机载机电系统的优化设计装置，其特征在于，所述装置包括：
[0011]模型构建模块，用于构建机载机电系统的仿真模型，其中，所述机载机电系统的所述仿真模型用于根据所述机载机电系统的设计参数值，计算获得所述机载机电系统的运行
性能参数值和自身特征参数值；
[0012]燃油消耗计算模块，用于确定所述机载机电系统在飞机全任务阶段的燃油消耗计算公式，其中，所述燃油消耗计算公式用于根据飞机飞行状态参数值、所述机载机电系统的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值，计算获得所述机载机电系统的燃油消耗值；
[0013]参数值优化模块，用于将所述机载机电系统的所述燃油消耗值的取值最小作为优化目标，利用所述仿真模型和预设最优解算法计算获得所述机载机电系统的最优设计参数值。
[0014]本专利技术的实施例首先利用机载机电系统的设计参数和仿真环境构建仿真模型，再确定机载机电系统在飞机全任务阶段的燃油消耗计算公式，以燃油消耗最小值为优化目标，利用仿真模型和预设最优解算法获得所述机载机电系统的最优设计参数值。与现有技术相比，在利用本专利技术实施例所构建的机载机电系统的优化设计方法对机载机电系统进行设计参数优化时，可达到参数优化全面，优化目标按需选取，优化参数值准确的技术效果。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本申请实例一公开的一种机载机电系统的优化设计方法的流程图；
[0017]图2是本申请实例二公开的一种机载机电系统的优化设计方法的流程图；
[0018]图3是本申请实例三公开的一种机载机电系统的优化设计装置的结构框图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020]需要说明的是，本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0021]实例一
[0022]如图1所示，图1为本申请实例一公开的一种机载机电系统的优化设计方法的流程图，该方法包括：
[0023]S101，构建机载机电系统的仿真模型。
[0024]本实施例中，机载机电系统的仿真模型用于根据机载机电系统的设计参数值，计算获得机载机电系统的运行性能参数值和自身特征参数值。
[0025]本实施例中，机载机电系统的设计参数为需要进行优化的参数，具体参数种类不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，可以包括机载机电系统的尺寸、位置等。
[0026]本实施例中，运行性能参数用于表征机载机电系统的运行状态，具体的参数种类不限，例如，可以包括输出功率、效率等。
[0027]本实施例中，自身特征参数用于表征机载机电系统的相关零部件的特性相关状态，为了减少后续计算时间，具体的参数种类可根据专家经验确定，通常选取可直接或间接影响机载机电系统的性能指标的参数。自身特征参数所包括的具体参数种类不限，可根据实际应用需求进行合理选择。例如，可以包括体积、重量、长度、宽度中的至少其一。
[0028]可选地，考虑到机载动力装置的设计通常主要包括压气机、燃烧室和动力涡轮三大性能部件的设计，为了获得较好的设计效果的同时，减少数据处理量，可优选机载机电系统的设计参数至少包括压气机的设计参数、燃烧室的设计参数和动力涡轮的设计参数；机载机电系统的运行性能参数至少包括压气机的运行性能参数、燃烧室的运行性能参数和动力涡轮的运行性能参数；机载机电系统的自身特征参数至少包括压气机、动力涡轮和燃烧室的自身特征参数的总体积和/或重量。
[0029]进一步地，为了获得较为准确的计算结果，可优选对于压气机和涡轮一类叶轮旋转部件，对应的设计参数包括导叶根、导叶顶、动叶根，动叶中、动叶顶的设计界面安装角、进出口几何角、前后缘楔角、后弯角和前缘直径；对应的运行性能参数包括流量、效率、功率、反动度、绝对出口马赫数、相对出口马赫数，绝对出口气流角和相对出口气流角；对应的自身特征参数包括体积和/或重量。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载机电系统的优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：构建机载机电系统的仿真模型，其中，所述机载机电系统的所述仿真模型用于根据所述机载机电系统的设计参数值，计算获得所述机载机电系统的运行性能参数值和自身特征参数值；确定所述机载机电系统在飞机全任务阶段的燃油消耗计算公式，其中，所述燃油消耗计算公式用于根据飞机飞行状态参数值、所述机载机电系统的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值，计算获得所述机载机电系统的燃油消耗值；将所述机载机电系统的所述燃油消耗值的取值最小作为优化目标，利用所述仿真模型和预设最优解算法计算获得所述机载机电系统的最优设计参数值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：利用所述仿真模型对所述机载机电系统的多组所述设计参数值进行计算，获得每组所述设计参数值对应的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值；利用预设机器学习算法对全部所述设计参数值及对应的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值进行学习，获得降维模型；对应地，所述将所述机载机电系统的所述燃油消耗值的取值最小作为优化目标，利用所述仿真模型和预设最优解算法计算获得所述机载机电系统的最优设计参数值包括：将所述机载机电系统的所述燃油消耗值的取值最小作为优化目标，利用所述降维模型和预设最优解算法计算获得所述机载机电系统的最优设计参数值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设机器学习算法为多层BP神经网络算法，对应地，所述利用预设机器学习算法对全部所述设计参数值及对应的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值进行学习，获得降维模型包括：采用五层全连接，128节点形式，利用所述多层BP神经网络算法对全部所述设计参数值及对应的所述运行性能参数值和所述自身特征参数值进行学习，获得所述降维模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃油消耗计算公式为：；其中，K表示飞机的气动质量；表示发动机的燃油比耗；表示燃油燃烧的单位热值；表示压气机进口温度；表示涡轮进口温度；表示在燃烧室内燃油燃烧完全系数；表示压气机压缩比；P表示输出轴功率；表示引气流量；D表示引气所引起的动量阻力；表示压气机中间级增加比；表示压气机末级增加比；表示机载机电系统装置的固有质量；表示机载机电系统携带可变重量的初始重量；表示机载机电系统运行的时间。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机载机电系统的设计参数至少包括压气机的设计参数、燃烧室的设计参数和动力涡轮的设计参数；所述机载机电系统的运行性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小平，周禹男，汪洋冰，陈丽君，杜翔宇，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，
类型：发明
国别省市：