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航空发动机的数字孪生体解决方案
发布时间：
2024-04-17 18:48
航空发动机是航空器飞行的动力，是航空器的“心脏”。目前应用最为广泛的航空发动机为燃气涡轮发动机，它主要由进气口、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。从进气口进入的空气在压气机中被压缩后进入燃烧室，在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压的燃气。燃气在膨胀过程中驱动涡轮高速旋转，将部分能量转换为涡轮功。涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩，使发动机能连续工作。由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮这3个部件组成燃气发生器，它不断输出具有一定可用能量的燃气。
在发动机控制系统特别是多变量数字式电子控制系统的研制中，要解决大量的参数择优问题。由于发动机试车非常费时和费钱，而且具有一定的危险性，所以发动机控制系统的调试全部在真实的发动机上进行时不现实的。一个准确的发动机数字孪生体可以代替发动机进行控制系统的研究和试验。以F100-PW-229发动机控制系统设计为例，数字孪生体适用于包括调节计划、回路增益、提前量和修正调节计划在内的全部控制系统设计。将F100-PW-229发动机的加速过渡态的发动机/控制系统数学模型的预估结果与初步放飞（IFR）发动机的试验数据进行了比较。选择的飞行状态是高度6960m，飞行Ma为0.8，选择的过渡状态是空中慢车到最大加力。在此过程中，由于转子转速增加和同时接通加力燃烧室，从而使推力增加，使得推力的快速响应。比较结果表明，无论是推力还是总增压比，数字孪生体的结果与高空试验台试验结果都十分接近。
构建航空发动机的数字孪生体，可以实时反映航空发动机的运行状态，预测发动机在未来工况变动下的性能特征，是提高发动机可靠性和设备健康管理的先进手段。本文阐述了航空发动机的数字孪生体解决方案，旨在为协助国内航空发动机及燃气轮机企业落地数字孪生业务。
