TBCC動態(tài)仿真的液壓與動力學系統(tǒng)建模

1、tbcc動態(tài)仿真的液壓與動力學系統(tǒng)建模一、摘要和前言渦輪基組合循環(huán)（tbcc）推進系統(tǒng)的一個動態(tài)仿真器正在研發(fā)當中，以論 證tbcc工作的所有模式，包括模式轉(zhuǎn)換。高馬赫數(shù)憐態(tài)發(fā)動機循環(huán)程序 （hitecc）是一個高度完整性的仿真工具，它包含tbcc系統(tǒng)每一個部分的模 型，而這些模型的性能和可控性影響著該推進系統(tǒng)的推力和可操作性。這篇文章 詳述了在研究動態(tài)tbcc仿真器多年努力中第二年取得的液壓與動力學系統(tǒng)建 模的進展。一旦完成，該模型通過提供影響推進系統(tǒng)從渦輪基向沖壓/超音速沖 壓基轉(zhuǎn)換能力的系統(tǒng)、相互作用以及瞬態(tài)響應的數(shù)學仿真，這將對提升所冇 tbcc工作模式的研究現(xiàn)狀具有重大意義。超高音速

2、項目一直是美國航空航天局（nasa）的一個重要方向，而組合式 循環(huán)推進系統(tǒng)的發(fā)展則是超高音速研究的一個關(guān)鍵。這篇論文論述的tbcc動 態(tài)仿真模型發(fā)展項目提升了 tbcc系統(tǒng)的技術(shù)準備水平，它通過開發(fā)仿真和控 制軟件給所有的工作模式建模，包括從燃氣渦輪到雙模式超燃沖壓推進的模式轉(zhuǎn) 換。迄今為止，完成的工作有：推進系統(tǒng)、熱管理和燃油系統(tǒng)以及本文論述的液 壓與動力學系統(tǒng)的研究。二、研究內(nèi)容和方法1、液壓與動力學系統(tǒng)分成四個子系統(tǒng)：流體子系統(tǒng)：模擬流經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)、閥及其他液壓部件的流動和能量動力學子系統(tǒng)：模擬連接部件間轉(zhuǎn)換的壓力和能量能量子系統(tǒng)：模擬電池、轉(zhuǎn)子及泵元件的流體能量儲存子系統(tǒng)：模擬流向儲存油

3、箱及其鉛制附件的液體（或從油箱及其鉛制附 件流岀的液體）2、系統(tǒng)設(shè)計液壓與動力學系統(tǒng)模型實在simscape環(huán)境下建立的。液壓模型由儲存、能 量和運輸功能分成三個子系統(tǒng)，由相應的元件組成。動力學模型是便用 simmechanics擴展simscape使它能夠進行機械建模后完成的。該機械系統(tǒng)主要 用來對進氣道及尾噴管的可變兒何結(jié)構(gòu)進行仿真。進氣道主要考慮三個元件：高速金屈帽、低速金屈帽和可變幾何斜而。尾噴管還需建模包括：與推進系統(tǒng)的多數(shù)據(jù)接口、低速擴張襟翼和高速擴張 襟翼的接口連接件。3、空氣動力學的壓力計算4、模型驗證(1) 使用ansys建立有限元模型(fem)對hitecc動力學模型進行驗

4、證。(2) 進氣道驗證模型包括：可變斜而(3個)、一個低速金屈帽、一個高速金屈 帽。結(jié)果表明：hitecc動力學模型得到的壓力與fem模型得到的壓力誤差不 超過0.2%0(3) 尾噴管驗證模型包括:低速收斂襟翼(ls c-flap).低速擴張襟翼(ls d-flap). 高速收斂襟翼(hs c-flap)高速擴張襟翼(hs d-flap).高速低位襟翼(hs l-flap)o結(jié)果表明：hitecc動力學模型得到的壓力與fem模型得到的壓力誤差不 超過0.1%o5、動態(tài)系統(tǒng)校驗主要對推進系統(tǒng)不同工作模式下的馬赫數(shù)、ls c-flap沖程、低速尾噴管的總壓、 ls c-flap上的空氣動力學壓力以

5、及l(fā)s c-flap執(zhí)行機構(gòu)的反作用力進行了驗證。 冇三種不同工作模式，分別是只冇燃氣渦輪、燃氣渦輪與雙模式超燃沖壓共同作 用、只用雙模式超燃沖壓。總結(jié)建立tbcc推進系統(tǒng)數(shù)學動態(tài)系統(tǒng)模型的工具和程序己經(jīng)得到了開發(fā)，包 括低速和高速流道的液壓和動力學模型。這些工具都包含在高馬赫數(shù)瞬態(tài)發(fā)動機 循環(huán)程序(hitecc)中以數(shù)學計算的形式來仿真渦輪基組合循環(huán)推進系統(tǒng)。 hitecc是建立在simulink環(huán)境下的一個動態(tài)渦輪發(fā)動機模型，它能夠在飛行器 高速瞬態(tài)研究中提供實時發(fā)動機性能預測。液壓與動力學系統(tǒng)模型是液壓和機械系統(tǒng)的具體物理模型，這些系統(tǒng)是用來 激勵推進系統(tǒng)控制的可變表面。該模型被研發(fā)成與推進系統(tǒng)相接以預測控制表面 的實時壓力負載。其中的動力學模型包含空氣動力學的壓力計算，與動態(tài)剛體模 型一起，計算液壓執(zhí)行機構(gòu)上的反作用力；液壓模型是一個一維的不可壓縮流規(guī) 范求解，它通過模擬整個液壓系統(tǒng)中流體流動和能量轉(zhuǎn)移來預測液壓執(zhí)行機構(gòu)的 反應。已經(jīng)證實，木文研究的液壓與動態(tài)系統(tǒng)能夠仿真tbcc推進系統(tǒng)超高咅速 工作的所有模式，包括模式轉(zhuǎn)換。通過對一個tbcc發(fā)動機從馬赫數(shù)2.5加速到 4.7,模式轉(zhuǎn)換在馬赫數(shù)3.75,