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面向飞行模拟的民航发动机性能与故障仿真

作　者: 朱运盛
导　师: 顾宏斌
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 载运工具与运用工程
关键词: 推力等级预设航空发动机建模故障模型飞行仿真 MATLAB/Simulink
分类号: V263
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

飞行模拟器是研发新型飞机，培养优秀的飞行人员所不可或缺的工具。目前我国飞行模拟器同国外存在较大差距，在当前民航大发展的背景下，加快飞行模拟器的自主研发势在必行。建立精确的民航发动机性能模型有利于高逼真度的飞行仿真，提升飞行模拟器品质。通过对发动机进行故障建模则可支持涉及发动机的飞行事故分析与调查研究。依照民航总局CCAR-60，对发动机的建模要求，分别建立了目前民航广泛使用的某型发动机的推力、低压/高压转子转速、排气温度等性能模型。为了所搭建的模型能进一步贴合民航飞行的实际需求，并提升模型的通用性。本文提出了推力等级预设法，通过预设6个典型推力等级，在提高模型逼真度的同时，保证了模型的实时性。并通过对燃气机原理的分析，改进了燃油流量，高压转子转速以及排气温度的数学模型。在性能模型的基础上讨论了鸟撞和空中停车两种典型的发动机故障模型。通过Matlab/Simulink平台构建模型并使用RTW生成DLL动态链接库。最后，运用真实飞行中所记录的相关数据对模型进行了验证。仿真结果同真实数据的误差小于5%，取得了良好效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题来源  12
  1.2 研究背景与意义  12-14
  1.3 飞行模拟器的发展与研究状况  14-19
    1.3.1 飞行实时仿真系统的组成及原理  14-16
    1.3.2 飞行模拟器国外发展历程与现状  16-18
    1.3.3 飞行模拟器国内发展历程与现状  18-19
  1.4 航空发动机性能建模与仿真的研究概况  19-21
    1.4.1 航空发动机性能建模与仿真的国外发展历程与现状  19-20
    1.4.2 航空发动机性能建模与仿真的国内发展历程与现状  20-21
  1.5 论文的主要研究内容  21-22
第二章发动机性能建模  22-38
  2.1 涡扇发动机简介  22-23
  2.2 航空发动机建模特点  23-25
    2.2.1 航空发动机数学模型特点  23-24
    2.2.2 航空发动机建模原则  24
    2.2.3 航空发动机建模方法  24-25
  2.3 推力等级预设法  25-29
    2.3.1 推力等级预设法的由来  25-26
    2.3.2 低压转子应用推力等级预设法的数学建模  26-29
  2.4 其余重要性能参数数学模型  29-32
    2.4.1 燃油流量数学模型  29-30
    2.4.2 高压转子转速 N2 数学模型  30-31
      2.4.2.1 空车时的高压转子转速数学模型  30
      2.4.2.2 进近着陆时高压转子转速数学模型  30-31
      2.4.2.3 正常飞行状态下的高压转子转速 N2 数学模型  31
    2.4.3 排气温度 EGT 数学模型  31-32
    2.4.4 推力数学模型  32
  2.5 典型故障建模  32-36
    2.5.1 发动机故障种类  32-33
    2.5.2 发动机故障建模  33-36
      2.5.2.1 鸟撞故障建模  34-35
      2.5.2.2 空中停车故障建模  35-36
  2.6 本章小结  36-38
第三章 SIMULINK 的模型实现  38-54
  3.1 SIMULINK 简介  38
  3.2 数学模型的 SIMULINK 实现  38-51
    3.2.1 SIMULINK 顶层模型  38-39
    3.2.2 计算模型  39-51
      3.2.2.1 输入处理模块  40-41
      3.2.2.2 大气数据初始化模块  41
      3.2.2.3 N1 解算模块  41-45
        3.2.2.3.1 推力等级的计算  42-43
        3.2.2.3.2 N1 的修正  43-44
        3.2.2.3.3 推杆输入对于 N1 的影响  44-45
        3.2.2.3.4 N1max 的计算  45
      3.2.2.4 N2 解算模块  45-49
        3.2.2.4.1 N2 空车转速的计算  46-47
        3.2.2.4.2 燃烧室进口压力的计算  47-48
        3.2.2.4.3 燃油流量的计算  48
        3.2.2.4.4 N2 的计算  48-49
        3.2.2.4.5 N2 限幅的计算  49
      3.2.2.5 推力的解算  49-51
      3.2.2.6 排气温度 EGT 的解算  51
  3.3 模型处理  51-52
    3.3.1 RTW 简介  51-52
    3.3.2 使用 RTW 进行模型处理  52
  3.4 本章小结  52-54
第四章模型验证  54-62
  4.1 稳态过程模拟  54-56
  4.2 进近着陆过程模拟  56-59
  4.3 中断起飞过程模拟  59-61
  4.4 小结与误差分析  61-62
第五章总结与展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
在学期间的研究成果及发表的学术论文  68

面向飞行模拟的民航发动机性能与故障仿真

内容摘要

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