航空发动机仿真测试方案

航空发动机仿真测试方案

挑战

发动机是飞机的心脏，其性能对飞机的发展有着至关重要的影响。由于安全性、经济性和可靠性等原因，在实际发动机上进行实验一般比较困难，而较多的是在实验室设备上进行试验。但是，对于新型的发动机的开发及测试，如发动机供油系统的测试，以及控制系统的测试，基于传统实验测试台架，既无法实现系统部件的性能测试，更无法在闭环的动态环境下进行控制系统综合性能的测试，这样使得开发过程中缺乏必要的测试和验证手段，将会给型号的研发过程造成不可预计的障碍。

基于上述客观条件的限制，提出建设发动机系统设计建模、仿真分析、动态测试和综合验证的一体化设计、分析和验证环境，通过一维离线仿真、半物理实时仿真、三维仿真等对发动机系统进行充分的功能和性能测试，以便在设计阶段就发现和解决潜在的问题与缺陷，减少实机测试和实验次数，缩短型号研发周期，从而节省开发费用、提高工作效率和产品可靠性。

解决方案

针对飞机发动机系统从设计开发到试验验证全过程的解决方案，能够设计飞机发动机系统的整体架构、仿真分析和验证发动机系统的功能和性能需求。解决方案的整体框架如下图所示。

解决方案框架

在管理计算机中，部署了多学科系统设计分析工具PROOSIS及专业的TURBO模型库，TURBO 库中包含超过70个发动机专业元件，如进气道、压气机、燃烧室、涡轮及喷管等，可用于建立涡喷、涡扇、涡轴、涡桨等各种发动机系统的模型，并进行参数化、敏感度分析、优化计算；设计点、非设计点计算；稳态、瞬态计算等，协助进行系统研发初期的动态性能指标确定并作为半实物仿真的环控系统对象模型。PROOSIS完美的多学科耦合分析，可以在同一个模型中综合分析控制、机械、电气、液压等耦合状况；

从而使得用户可以将发动机的热力循环过程、控制系统、燃油和冷却系统的液力过程、电气系统等综合在同一个模型中进行综合分析，符合航发的技术方向。

发动机系统模型

利用PROOSIS的Simulink接口，可将整个发动机系统模型导出MATLAB/Simulink直接使用。同时，PROOSIS可以自动生成C++代码，可以脱离工具本身的环境运行，因此可以无障碍地进行基于HiGale、NI或Concurrent的半实物仿真。

模型生成到simulink

经过转换后的Simulink模型下载到iHawk仿真机，可用于发动机系统的控制算法的设计与验证，同时还用于后期开发时对发动机控制器实物的测试、验证及系统故障的模拟，从而为发动机系统开发全过程提供从算法到实物的研究、设计与验证平台。通过PROOSIS的离线仿真、结合实时仿真等，可以确定飞机发动机系统的整体架构和具体的控制参数。基于总体架构，可以建立整个发动机的三维模型，通过三维仿真等对发动机系统进行详细的设计、验证。

总结

基于恒润科技提供的飞机发动机系统设计解决方案，可以完成飞机发动机系统的架构设计、控制器设计、功能及性能评估，从而在实机测试或试飞测试前就能够设计出一套完善的发动机系统，尽可能多地通过虚拟测试消除潜在的隐患。