面向飞行仿真的飞机发动机建模研究

摘要

发动机建模是飞行仿真的重要工作，准确高效的发动机模型有助于提高飞行仿真的精度和实时性；同时，发动机特性也是飞机总体特性的决定因素之一，对飞机起飞过程及起飞安全的影响尤为巨大。为了设计适用于飞行仿真的发动机模型，并籍此分析和研究民机的起飞性能和起飞安全性，本文的研究工作主要有：
　　 根据涡轮发动机的通用特性，以JT9D发动机为例，设计了结合数据综合法和相似法的稳态模型，根据现有实验数据获取了动态系数，据此建立了动态模型。通过与现有实验数据的对比表明该模型精度和效率均满足飞行仿真的要求。
　　 分析了现有民机气动特性数据的典型组成要素和基本描述形式，用二维线性插值查询算法建立了B747-100飞机的全量非线性气动模型。
　　 把起飞分为三轮滑跑、抬前轮滑跑、空中段三个过程分别建立了含风影响的起飞动力学模型，与气动模型、发动机模型、控制律、大气模型进行集成，实现了各种情况下起飞和中断起飞过程的动力学仿真。通过仿真与飞行试验的对比，验证了模型的有效性。
　　 将FAR适航条例的定义与动力学模型相结合，设计了民机起飞性能的综合计算方法和逻辑流程，并基于弦截法设计了平衡V1的优化算法。
　　 基于发动机模型和起飞动力学模型，研究了假设温度减推力起飞，并设计了相关参数选择和仿真验证的方法，结果表明该方法满足减推力起飞的安全性规定，且效果明显。本文对发动机建模的研究可为飞行实时仿真提供基础，在起飞性能研究中总结的一些实用的方法和结论可作为后续研究提供一定参考。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2研究目的和意义

1.2.1民机发动机建模

1.2.2民机起飞性能研究

1.3本文的主要研究内容

第二章民机发动机建模

2.1航空发动机建模方法综述

2.1.1发动机建模方法分类

2.1.2飞行仿真对于发动机建模的要求

2.2 JT9D发动机建模

2.3.1发动机相似准则和通用特性

2.3.2建模思路

2.3.3稳态模型

2.3.4动态模型

2.3.5JT9D发动机特性

2.3JT9D发动机模型验证

2.4本章小结

第三章民机起飞动力学建模

3.1民机起飞性能数值计算的研究现状综述

3.2民机起飞阶段的基本概念

3.2.1 FAR规定的起飞段的关键速度

3.2.2净空道和安全道

3.3飞机起飞动力学建模

3.3.1基本假设和坐标系定义

3.3.2气动力和力矩建模

3.3.3大气环境建模

3.3.4动力学建模

3.3.5数值积分算法

3.3.6起飞动力学模型的集成

3.4起飞动力学模型对比与验证

3.4.1模型对比

3.4.2模型验证

3.5本章小结

第四章民机起飞性能分析与优化

4.1民机全发正常起飞性能

4.1.1典型全发起飞过程的动力学分析

4.1.2影响全发起飞性能的因素分析

4.2单发失效情况下的分析

4.2.1单发失效-中断起飞

4.2.2单发失效-继续起飞

4.2.3 V1的选择对ASDN-1和TODN-1的影响分析

4.3全发情况下的中断起飞

4.4 FAR定义的起飞性能总指标计算与优化

4.4.1 FAR定义的起飞性能总指标

4.4.2V1的设定优化

4.4.3 FAR起飞性能指标的计算与优化综合流程

4.5本章小结

第五章民机减推力起飞研究与验证

5.1假设温度减推力起飞的原理

5.1.1高涵道比民用涡扇发动机的温度特性

5.1.2起飞场温度对起飞距离的影响计算

5.1.3假设温度的意义

5.1.4减推力起飞的益处

5.2实施假设温度减推力起飞的相关要求

5.3假设温度减推力起飞参数确定

5.3.1假设温度的确定

5.3.2发动机的起飞工作参数计算

5.3.3起飞性能参数的确定

5.4假设温度减推力起飞的仿真验证

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1研究工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文