가변 사이클 엔진 모델링을 위한 신속한 방법

Summary

여기서는 가변 사이클 엔진에 대한 구성 요소 수준 수학적 모델을 빌드하는 프로토콜을 제시합니다.

Abstract

터보팬과 터보제트 엔진의 장점을 결합한 가변 사이클 엔진(VCE)은 차세대 항공기 엔진으로 널리 간주됩니다. 그러나 VCE를 개발하려면 높은 비용이 필요합니다. 따라서 항공기 엔진을 개발할 때 많은 수의 실제 테스트를 피하고 비용을 크게 줄일 수 있는 수학적 모델을 구축하는 것이 필수적입니다. 모델링은 또한 제어 법 개발에 매우 중요합니다. 이 문서에서는 그래픽 시뮬레이션 환경을 기반으로 개체 지향 모델링 기술과 모듈식 계층 구조를 사용하여 이중 바이패스 가변 사이클 엔진을 모델링하는 신속한 방법을 설명합니다. 첫째, 각 구성 요소의 수학적 모델은 열역학 계산을 기반으로 구축됩니다. 그런 다음 계층적 엔진 모델은 각 구성 요소 수학적 모델과 N-R 솔버 모듈의 조합을 통해 구축됩니다. 마지막으로 정적 및 동적 시뮬레이션이 모델에서 수행되고 시뮬레이션 결과가 모델링 방법의 효과를 증명합니다. 이 방법을 통해 구축된 VCE 모델은 명확한 구조와 실시간 관찰의 장점이 있습니다.

Introduction

현대 항공기 요구는 더 지능적이고 효율적이며 더 다양한 항공기 엔진 1을필요로하는 추진 시스템에 큰 도전을 가져온다. 미래의 군사 추진 시스템은 또한 고속에서 높은 추력과 저속 1, 2,^3,4에서낮은 특정 연료 소비를 모두 필요로한다. 제너럴 일렉트릭(GE)은 향후 비행 임무의 기술적 요구 사항을 충족하기 위해 1955년 5월에가변 사이클 엔진(VCE) 개념을 제시했습니다. VCE는 일부 부품의 형상 크기 또는 위치를 변경하여 다양한 열역학 사이클을 수행할 수 있는 항공기 엔진6. J58 터보램제트 VCE로 구동되는 록히드 SR-71 "블랙버드"는 1976년 7년 이래 가장빠른 공중 호흡 유인 항공기로 세계 기록을 보유하고 있습니다. 또한 초음속 비행의 많은 잠재적 인 장점을 입증했다. 지난 50년 동안 GE는 이중 바이패스 VCE 8, 제어 압력비 엔진....

Protocol

1. 모델링 전 준비

1. 설계 점 성능을 가져옵니다.
   1. 오픈 가스터브 13. 가변 사이클 엔진을선택합니다.
   2. 기본 열역학을클릭합니다. 사이클설계를 선택합니다. 오픈 데모바리크.CVC.
   3. 엔진 설계 포인트 성능을 가져옵니다. 창 의 오른쪽에 표시됩니다.
2. 구성 요소 맵을 가져옵니다.
   1. 오픈 가스터브 13. 가변 사이클 엔진을선택합니다.
   2. 끄기 디자인을클릭합니다. 표준맵을 선택합니다. 오픈 데모바리크.CVC.
   3. 오프 디자인 포인트를클릭합니다. 그런 다음 LPC, IPC, HPC, HPT 및 LPT를선택합니다. 따라서 모든 구성 요소 맵을 가져옵니다.
   ....

Results

시뮬레이션 모델의 유효성을 증명하기 위해 정적 및 동적 시뮬레이션에서 선택한 몇 가지 일반적인 성능 파라미터를 Gasturb의 데이터와 비교합니다.

정적 시뮬레이션에서는 모델의 여러 주요 성능 매개변수를 Gasturb의 이러한 매개변수와 비교하여 정적 모델의 정확도를 확인합니다. 표 2는 이중 바이패스 작동 모드에서 H=0m,Ma =0, W_f=0.79334 kg/s로 설계 지점에서 비교한 결과를 보여줍니다. 비교에 따르면, 모델과 Gasturb 사이의 성능 매개 변수의 최대 오차는 2 % 미만인 EPR (엔진 압력 비율)입니다. 표 3은 단일 바이패스 작동 모드에서 H=0m,_Ma=0, W_f=0.91032 kg/s로 오프 설계 지점에서 비교한 결과를 보여줍니다. 이 조건에서 최대 오차는 4% 미만인 저압 샤프트의 회전 속도입니다. 두 모델의 성.......

Discussion

그래픽 시뮬레이션 환경을 기반으로 모듈식 계층 구조 및 객체 지향 모델링 기술을 통해 VCE 구성 요소 수준 모델을 신속하게 구축할 수 있습니다. 그것은 사용자에게 친숙한 인터페이스를 제공하고 모델^19를분석하고 설계하는 것이 편리합니다.

이 방법의 주요 제한 사항은 모델의 실행 효율성입니다. 모델은 스크립팅 언어로 작성되므로 모델이 실행될 때마다 다시 컴파일되어야 합니다. 따라서 실행 효율성은 시스템 언어만큼 좋지 않습니다. 이러한 한계를 고려하여 다음 주요 연구 포인트는 모델의 실행 효율성을 개선하는 방법입니다. 또 다른 제한은 N-R 반복이 작은 편차 범위에서만 수렴되기 때문에 N-R 반복의 초기 값을 모델에서 엄격하게 고려해야 한다는 것입니다.

프로토콜의 중요한 단계는 구성 요소 맵을 정확하게 가져오고 적절한 알고리즘을 사용하여 보간하는 방법입니다. Gasturb 또는 다른 기존 엔.......

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