LMS航空发动机虚拟试验解决方案

1 解决方案摘要1

2 LMS航空发动机虚拟试验解决方案9

2.1发动机燃油及其控制系统性能虚拟试验9 2.2发动机引气及相关气体循环系统性能虚拟试验16 2.3发动机润滑系统性能虚拟试验19 2.4发动机转子动力学性能虚拟试验23 2.5发动机调节机构性能虚拟试验30 2.6发动机疲劳耐久性虚拟试验32 2.7发动机振动与噪声虚拟试验35 2.8虚拟试验与物理试验的结合41

3 LMS航空发动机虚拟试验软件配置方案45

1

1 解决方案摘要

航空发动机是航空器最关键的组成部分，是航空器飞行的动力，也是整个航空工业发展的推动力，航空发动机的研制水准对航空器的性能和整个航空工业的发展水平有着决定性的影响。

航空发动机具有高温、高压、高速的工作特点，在航空发动机中流体、燃烧、热、电磁、机械、噪声等多物理现象和物理场耦合，同时由于航空发动机具有极高的可靠性要求和堪称工业界最为复杂的组成结构，使航空发动机的研发和制造的难度极大。在过去相当长的一段时间，航空发动机的设计主要是依赖于各种物理试验，使得航空发动机的研制周期长、耗资多、风险高。20世纪90年代以来，由于信息技术特别是计算机辅助工程仿真技术（CAE）的发展以及大量试验数据的积累，在西方航空发达国家引发了一场设计技术的革命，初步实现了从传统设计向依靠计算机数学模型进行虚拟现实仿真并进行“预测设计”和优化的转变，从而大大减少了试验工作量，提高了设计的成功率，既节约了经费，又缩短了研制周期。虚拟仿真技术的成功应用，使航空发动机的研制周期从过去的10～15年缩短到6～8年甚至4～5年，试验机也从过去的40～50台减少到10台左右。

作为全球工程试验和虚拟仿真技术的翘楚，LMS国际公司一直致力于为航空发动机工业提供最先进的产品开发技术，包括物理试验技术和虚拟试验技术。随着虚拟仿真技术在航空发动机开发过程中广泛深入的引用，为满足航空发动机制造商对于虚拟仿真技术越来越高的需求，LMS公司不断整合其仿真分析软件产品和世界范围内的技术资源，并通过与航空发动机厂商的紧密合作，推出了全

1

新的“航空发动机虚拟试验”平台。该平台的推出，旨在为航空发动机制造商提供最完整的发动机研发虚拟仿真环境，基于此虚拟仿真环境，可以在发动机研发过程中对主要性能关注点进行“虚拟试验”，从而在实际产品制造之前就能够预测性能、优化设计，达到降低试验经费、缩短研发周期、提高设计成功率的作用。

LMS公司的主要仿真分析软件平台包括适用于整体方案设计和系统级性能分析的多领域系统仿真系统b AMESim，以及适用于动力学、振动噪声和疲劳耐久性等详细性能分析的三维多学科仿真系统b。LMS 公司的航空发动机虚拟试验平台即通过这两大仿真分析系统的整合和集成而成。

基于LMS公司航空行业的标准仿真平台b和b AMESim，LMS公司的航空发动机虚拟试验系统为发动机制造商提供了广泛的“虚拟试验”能力，包括发动机引气系统性能试验、燃油调节系统性能试验、发动机振动与噪声特性试验、结构疲劳耐久性试验，等等。

▪发动机燃油及其控制系统性能虚拟试验

b AMESim基于动态建模方法建立物理元件的数学模型，提供了面向众多学科领域的专业应用库，包括控制、流体、电磁、热、机械等。基于这些专业应用库和物理元件，可以组合形成航空发动机的系统模型并通过虚拟试验预测系统性能。

基于b AMESim热与流体相关专业库所提供的元件，AMESim 航空发动机装置解决方案为燃油系统（计量单元、泵、喷嘴、起动机及换热器等）及其控制系统、滑油系统的设计和虚拟试验提供支持，同样也适用于发动机控制系统的设计和优化。该方案帮助工程师设计航空发动机燃油及其控制系统，进行燃油系统的热负荷分析，精确地预测在瞬态压力和温度变化条件下燃油系统的动

2

态特性、分析压力脉动和部件稳定性与可靠性、分析系统整体效率和整体可靠性，以提高燃油系统的可靠性。

▪发动机引气及相关气体循环系统性能虚拟试验

发动机引气系统为飞机气源系统提供压力和温度调节的压缩空气，供给气源用户系统，包括发动机起动系统、空调和增压系统、发动机进口整流罩防冰系统、机翼热防冰系统和水箱增压系统、大气总温探头加热、液压油箱增压系统等。在通常情况下，发动机引气系统增加了燃油消耗，并降低发动机性能。

通过b AMESim气动库和热气动库，可以建立航空发动机引气系统模型，对发动机引气管理系统进行方案设计分析和优化、失效模式与故障分析、发动机与引气系统需求匹配、发动机工作循环中的引气系统气体消耗分析、发动机起动循环分析等。

▪发动机润滑系统性能虚拟试验

航空发动机润滑系统用于对发动机在运行过程中提供润滑，航空发动机润滑系统属于高速高温低压流体循环系统，高速低压流体对整个循环回路的管网及相应的液阻非常敏感，通过仿真分析和虚拟试验的最主要目的是分析低压高速流体流经润滑系统各环节时的流速变化、温度变化和压力分布，因此，精确的计算整个流体管网各处的局部压力损失和液阻以及热交换就尤为重要。通过b AMESim的液压库、液阻库和热液压库结合可以方便地建立航空发动机滑油系统模型，全面考虑润滑系统分析中的各个重要因素，预测润滑系统中的压力和流动分布、温度瞬变、工作循环、冷起动等，并分析不同种类润滑油属性的影响，从而提高润滑系统的整体性能。

▪发动机转子动力学性能虚拟试验

3