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一种定转速涡桨发动机的简化建模方法

杨阳 戴树岭 雷小永

杨阳,戴树岭,雷小永. 一种定转速涡桨发动机的简化建模方法[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(3):818-825
引用本文: 杨阳,戴树岭,雷小永. 一种定转速涡桨发动机的简化建模方法[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(3):818-825
YANG Y,DAI S L,LEI X Y. A simplified modeling method for a constant speed turboprop engine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(3):818-825 (in Chinese)
Citation: YANG Y,DAI S L,LEI X Y. A simplified modeling method for a constant speed turboprop engine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(3):818-825 (in Chinese)

一种定转速涡桨发动机的简化建模方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0842
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:leixy@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V231;TP391.9

A simplified modeling method for a constant speed turboprop engine

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  • 摘要:

    为实现飞行仿真中涡桨发动机的精确建模,针对定转速控制规律下的涡桨发动机,深入剖析其部件工作特性,并运用简化部件模型对核心机进行一体化建模。为提高动态建模精度,引入系统辨识方法,采用二阶传递函数对模型动态过程进行近似,使加速过程的拟合度达到95.5%。此外,为提高模型的通用性,根据相似理论准则进行归一化处理,实现了模型飞行包线内运行的推广。利用公开的涡桨发动机部分试验和仿真数据,以及AH-20M涡桨发动机总体性能数据,通过调整模型设计点参数,快速进行建模。仿真结果表明:仅需利用有限的总体性能参数数据,即可迅速构建出具有一定稳态精度、动态变化过程合理的发动机模型。仿真结果为飞行仿真中的涡桨发动机建模提供了一种高效且精确的解决方案。

     

  • 图 1  典型压气机部件特性

    Figure 1.  Typical compressor component characteristic

    图 2  一体化转子Simulink仿真模型

    Figure 2.  Integrated rotor Simulink simulation model

    图 3  典型螺旋桨功率特性[8]

    Figure 3.  Typical propellers power characteristic[8]

    图 4  螺旋桨Simulink仿真模型

    Figure 4.  Propeller Simulink simulation model

    图 5  动态过程识别测试参数

    Figure 5.  Dynamic process identification test parameters

    图 6  传递函数模型拟合结果

    Figure 6.  Fitting results of transfer function model

    图 7  起动过程验证模型

    Figure 7.  Model for verifying the starting process

    图 8  发动机起动过程对比

    Figure 8.  Validation model of the start-up process

    图 9  阶跃油门响应测试

    Figure 9.  Step throttle response test

    图 10  与高精度模型仿真对比的转子转速输出

    Figure 10.  Comparison of rotor speed output with high-precision model simulation

    图 11  Simulink集成仿真环境

    Figure 11.  Simulink integrated simulation environment

    图 12  典型工况下主要参数变化

    Figure 12.  Variations of main parameters under typical operating conditions

    表  1  选取的AH-20M设计点参数

    Table  1.   Selected design point parameters of AH-20M

    参数 设计值
    *慢车转速/% 81
    *设计转速/% 91
    起飞耗油率/(kg·kWh−1) 0.3755
    起飞功率/kW 3169
    空气流量/(kg·s−1) 20
    巡航功率/kW 2013
    *起动时间/s 55
    *加速时间/s 20
    *停车时间/s 75
     注:带“*”的数据来自类似型号推测的数据。
    下载: 导出CSV

    表  2  测试工况和测试结果

    Table  2.   Test conditions and test results

    阶段 测试工况 性能测试结果 功能测试结果
    起动 测试从停车到慢车的动态过程 ①起动时间约为51 s;
    ②转速稳定在81%
    在起动机工作和供油时有明显增速过程
    加速 从慢车到设计转速的加速过程 ①加速时间约为19 s;
    ②设计转速为91%
    转速平滑增加
    顺桨 螺旋桨顺桨响应 ①桨角迅速增大至90°;
    ②桨功率迅速下降
    桨角迅速增大
    回桨 螺旋桨回桨响应 ①桨角逐渐恢复;
    ②桨功率随桨角恢复
    桨角逐渐恢复
    停车 发动机从慢车到停车的动态过程 停车时间约为75 s 指数型减小
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-02
  • 录用日期:  2024-03-26
  • 网络出版日期:  2024-04-11
  • 整期出版日期:  2026-03-31

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