Szybka metoda modelowania silnika o zmiennym cyklu pracy

Summary

Tutaj prezentujemy protokół do budowy modelu matematycznego na poziomie komponentu dla silnika o zmiennym cyklu.

Abstract

Silniki o zmiennym cyklu (VCE), które łączą w sobie zalety silników turbowentylatorowych i turboodrzutowych, są powszechnie uważane za silniki lotnicze nowej generacji. Rozwój VCE wiąże się jednak z wysokimi kosztami. W związku z tym konieczne jest zbudowanie modelu matematycznego podczas opracowywania silnika lotniczego, co może pozwolić uniknąć dużej liczby rzeczywistych testów i znacznie obniżyć koszty. Modelowanie ma również kluczowe znaczenie w tworzeniu prawa kontroli. W artykule tym, w oparciu o graficzne środowisko symulacyjne, opisano szybką metodę modelowania silnika o zmiennym cyklu z podwójnym obejściem z wykorzystaniem technologii modelowania obiektowego i modułowej architektury hierarchicznej. Po pierwsze, model matematyczny każdego komponentu jest budowany w oparciu o obliczenia termodynamiczne. Następnie budowany jest hierarchiczny model silnika poprzez połączenie każdego składowego modelu matematycznego i modułu solvera N-R. Na koniec w modelu przeprowadzane są symulacje statyczne i dynamiczne, a wyniki symulacji potwierdzają skuteczność metody modelowania. Model VCE zbudowany tą metodą ma zalety przejrzystej struktury i obserwacji w czasie rzeczywistym.

Introduction

Wymagania nowoczesnych samolotów stawiają wielkie wyzwania układowi napędowemu, który potrzebuje bardziej inteligentnych, bardziej wydajnych lub nawet bardziej wszechstronnych silników lotniczych¹. Przyszłe wojskowe systemy napędowe wymagają zarówno większego ciągu przy dużej prędkości, jak i niższego jednostkowego zużycia paliwa przy niskiej prędkości^1,2,3,4. Aby sprostać wymaganiom technicznym przyszłych misji lotniczych, General Electric (GE) zaproponowało koncepcję silnika o zmiennym cyklu (VCE) w 1955 roku

Protocol

1. Przygotowanie przed modelowaniem

1. Uzyskaj wydajność punktu projektowego.
   1. Otwórz Gasturb 13. Wybierz opcję Variable Cycle Engine (Silnik o zmiennym cyklu).
   2. Kliknij na Podstawy termodynamiki. Wybierz opcję Cycle Design (Projekt cykliczny). Otwórz plik DemoVarCyc.CVC.
   3. Uzyskaj osiągi punktu projektowego silnika. Są one pokazane po prawej stronie okna.
2. Uzyskaj mapy komponentów.
   1. Otwórz Gasturb 13. Wybierz opcję Variable Cycle Engine (Silnik o zmiennym cyklu).
   2. Klik....

Results

Aby udowodnić poprawność modelu symulacyjnego, kilka typowych parametrów wydajności wybranych w symulacjach statycznych i dynamicznych jest porównywanych z danymi w Gasturb.

W symulacji statycznej porównujemy kilka kluczowych parametrów wydajności modelu z tymi parametrami w Gasturb, aby zweryfikować dokładność modelu statycznego. W tabeli 2 przedstawiono wynik porównania w punkcie obliczeniowym przy H=0 m, M_a=0, W_f=0,79334 kg/s w trybie pracy z podwójnym.......

Discussion

Opierając się na graficznym środowisku symulacyjnym, model VCE na poziomie komponentu można szybko zbudować dzięki modułowej architekturze hierarchicznej i technologii modelowania zorientowanego obiektowo. Oferuje przyjazny interfejs dla użytkowników i jest wygodny do analizy i projektowania modelu¹⁹.

Głównym ograniczeniem tej metody jest efektywność wykonania modelu. Ponieważ model jest napisany w języku skryptowym, model musi być ponownie kompilowany za każdym razem, .......

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