可変サイクルエンジンのモデリングの迅速な方法

Summary

ここでは、可変サイクルエンジンのコンポーネントレベルの数学モデルを構築するためのプロトコルを紹介します。

Abstract

ターボファンとターボジェットエンジンの利点を組み合わせた可変サイクルエンジン(VCE)は、次世代の航空機エンジンと広く考えられています。ただし、VCE の開発には高いコストが必要です。したがって、航空機エンジンを開発する際には、多数の実際のテストを回避し、コストを大幅に削減する数学的モデルを構築することが不可欠です。モデリングは、制御法の開発においても重要です。本稿では、グラフィカルシミュレーション環境に基づいて、オブジェクト指向モデリング技術とモジュラー階層アーキテクチャを用いて二重バイパス可変サイクルエンジンをモデリングする迅速な方法について説明する。まず、各成分の数学的モデルは、熱力学的計算に基づいて構築されます。次に、各コンポーネントの数学モデルと N-R ソルバ モジュールの組み合わせを使用して、階層エンジン モデルを構築します。最後に、静的シミュレーションと動的シミュレーションがモデルで実行され、シミュレーション結果によってモデリング方法の有効性が証明されます。この方法によって造られるVCEモデルは明確な構造およびリアルタイムの観察の利点がある。

Introduction

現代の航空機の要求は、よりインテリジェントな、より効率的な、またはより汎用性の高い航空機エンジン1を必要とする推進システムに大きな課題をもたらします。将来の軍事推進システムはまた、高速でより高い推力と低速1、2、3、4で低い特定の燃料消費量の両方を必要^{とします。}将来の飛行任務の技術的な要件を満たすために、ゼネラル・エレクトリック(GE)は1955^年5月に可変サイクルエンジン(VCE)の概念を提唱しました。VCEは、一部のコンポーネント6のジオメトリサイズまたは位置を変更することにより、異なる熱力学サイクルを実行できる航空機エンジンです。J58ターボラムジェットVCEを搭載したロッキードSR-71「ブラックバード」は、1976^年7月以来最速の空中呼吸有人航空機の世界記録を保持しています。また、超音速飛行の多くの潜在的な利点を証明しました。過去50年間で、GEは、ダブルバイパスVCE 8、制御圧力比エンジン9、適応サイクルエンジン10を含む、

Protocol

1. モデリング前の準備

1. 設計ポイントのパフォーマンスを取得します。
   1. オープンガスターブ13.可変サイクル エンジンを選択します。
   2. 基本熱力学をクリックします。[サイクル設計]を選択します。デモヴァルサイクを開きます。
   3. エンジン設計点の性能を得る。これらは、ウィンドウの右側に表示されます。
2. コンポーネント マップを取得します。
   1. オープンガスターブ13.可変サイクル エンジンを選択します。
   2. [デザインをオフ]をクリックします。[標準マップ]を選択します。デモヴァルサイクを開きます。
   3. オフデザインポイントをクリックします。次に、LPC、IPC、HPC、HPT、LPT を選択します。 したがって、すべてのコンポー....

Results

シミュレーション モデルの妥当性を証明するために、静的シミュレーションと動的シミュレーションで選択されたいくつかの典型的なパフォーマンス パラメータを Gasturb のデータと比較します。

静的シミュレーションでは、モデルのいくつかの主要なパフォーマンス パラメータと Gasturb のこれらのパラメータを比較し、静的モデルの精度を検証します。表 2は、ダブル バイパス動作モードでの H=0 m、M_a=0、W_f=0.79334 kg/s の設計点での比較の結果を示しています。比較によると、モデルとGasturbの間の性能パラメータの最大誤差はEPR(エンジン圧力比)で、2%以下です。表 3は、単一バイパス動作モード下での H=0 m、M_a=0、W_f=0.91032 kg/s とのオフ設計ポイントでの比較の結果を示しています。この条件下では、ここでの最大誤差は、4%以下である低圧シャフトの回転速度です。両方のモデルのパフォーマン.......

Discussion

グラフィカルシミュレーション環境に基づいて、VCEコンポーネントレベルモデルは、モジュラー階層アーキテクチャとオブジェクト指向モデリング技術を通じて迅速に構築できます。これは、ユーザーにフレンドリーなインターフェイスを提供し、^モデル19を分析し、設計することが便利です.

この方法の主な制限は、モデルの実行効率です。モデルはスクリプト言語で記述されるため、モデルを実行するたびに再コンパイルする必要があります。したがって、実行効率はシステム言語ほど優れしていません。この制限を考慮して、次の重要な研究ポイントは、モデルの実行効率を向上させる方法です。もう 1 つの制限は、N-R 反復は小さな偏差範囲でのみ収束するため、モデルでは N-R 反復の初期値を厳密に考慮する必要がある場合です。

プロトコルの重要なステップは、コンポーネント マップを正確に取得し、適切なアルゴリズムを使用して補間する方法です。Gasturb または他の既存のエンジン テスト データのいずれであっても、正確なコンポ.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Gasturb	GasTurb GmbH	Gasturb 13
MATLAB	MathWorks	R2017b
TMATS	NASA	1.2.0