基于simulink的运输机飞发一体化概念设计参数化系统的构建

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huiyongq
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随着战场环境变化和科技水平的发展,对运输机性能、经济性和设计周期的要求越来越高,传统上飞机和发动机系统都是分开设计的,如果将飞机和发动机在工作中看成一个系统,设计时统一考虑,可以提高飞机和发动机协调执行任务的性能,飞发一体化设计随之而出,为飞发的协调设计提供了新的方向,但也加大了设计系统的复杂度。本文立足于飞发一体化设计的概念设计阶段,重点在于计算概念设计阶段飞机和发动机的参数。基于软件Matlab中的Simulink可视化数据仿真工具,构建飞发一体化设计的参数计算系统的工具平台,其框图式系统构建方式可将不同的数据分析模块直观地连接在一起,可减小构建飞发一体化概念设计参数化分析系统的构建难度,提升系统的开发速度,进而在航空工业领域推广应用。飞发一体化概念设计参数化系统的构建分为三个关键步骤。第一步,基于飞机概念设计,结合运输机的任务特点,得出运输机飞发一体化概念设计的基本框架和思路,并将其转化为Simulink的框图式系统,其中的发动机模块先用经验公式替代,设计需求参照现有机型,确保系统计算的飞机总体性能参数在该类机型的可接受范围内。第二步,根据分析得出的推力大小构建发动机系统。发动机通过建立设计点模块和非设计点模块模拟发动机不同状态下的工作状况,由于运输机的主要工作状态为巡航状态,所以发动机设计点选定为飞机巡航时发动机的工作状态,是整个发动机系统计算的基础,计算出设计点参数后,设计巡航的其它飞行状态都是非设计点状态,参数利用设计点参数,根据横截面积相等的原理计算出来。第三步,将发动机系统替换掉发动机经验公式整合到第一步的飞发一体化概念设计系统的框架中,完成系统的构建。通过系统运行得出飞机和发动机的相关数据,进而分析系统产生的数据误差,并调整系统。最终的得出的数据和参照机型相比,飞机和发动机最大误差分别为燃油量+16.3%和耗油率+20.7%,其它误差均小于这两个值。对于误差,本文提出的是一体化设计系统的构建方法,误差在可接受范围内即可。系统构建完毕后,基于该系统进行优化,优化算法采用遗传算法,在加入限制条件的情况下得出优化目标的Pareto解集,并解释在实际情况下如何根据实际选择最优解,并在最后将优化参数设定为最优解,在该条件下巡航耗油率下降7.38%,并计算出了飞机的总体参数和发动机主要参数。
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