航空发动机及其控制系统建模与仿真是低成本、低风险、高效率地研制先进航空推进系统的重要工具和手段。论文围绕发动机数控系统半物理仿真试验用发动机及控制系统仿真模型开展研究,主要包括发动机简化模型、面向对象的部件级模型及控制系统模型、地面及高空起动模型、控制算法等方面的研究工作。首先建立了发动机地面简化模型。在缺乏部件特性的情况下,提出了根据试验数据建立发动机简化模型的方法。稳态模型采用插值法,动态模型采用动态系数法。该模型可实时模拟地面发动机从起动到最大状态的动态过程。与试验数据对比,简化模型稳态误差小于2%,动态误差小于5%。基于面向对象技术建立了航空发动机及其控制系统通用仿真平台。在深入研究航空发动机面向对象仿真机理的基础上,设计完成了航空发动机通用性能仿真平台的总体框架,包括仿真类库的层次结构、辅助工具类库、交互仿真算法及程序界面等,提高了代码重用率,避免了全局变量的使用。仿真平台功能强、界面友好,支持拖放方式构建发动机模型,使用灵活,充分体现了面向对象建模方法的优越性。在总体仿真框架的基础上,利用Visual C++编写实现了各个仿真类、交互仿真算法及程序界面的代码,建立了双轴混排不带加力涡扇发动机全状态、全飞行包线发动机部件级模型,验证了发动机性能仿真平台的有效性。接着,通过扩展和继承机制设计了航空发动机控制系统仿真类库;利用控制类库,组建了涡扇发动机控制系统,仿真结果验证了控制系统仿真模型的有效性。针对发动机部件特性不全、不够精确的现状,如何建立全状态、全飞行包线收敛并具有较高精度的发动机实时部件级模型是本文的另一个研究重点。本文首先研究了发动机部件特性的外推方法,成功外推出慢车以上缺失的近三分之一的部件特性及全部起动部件特性,为建立全状态部件级模型奠定了基础;接着围绕提高模型精度、实时性、确保全包线内运算收敛开展了一系列研究工作,包括部件特性修正、放气/引气建模、稳态仿真初猜值选取、容积动力学方法等。特别地,在部件级起动建模方面,研究了燃烧效率修正、总压恢复系数修正、高温部件热传递建模、起动初猜值选取等关键技术,建立了双转子涡扇发动机地面及高空起动模型,可计算发动机起动全程各截面热力学参数。所建立的全状态、全包线部件级实时模型经仿真验证,稳态误差小于3%,慢车以上动态误差小于5%,起动过程动态误差小于10%。PID控制系统结构简单、工作可靠,至今仍在航空发动机控制中得到普遍应用;人工免疫系统作为一种新兴的智能系统,提供了解决复杂问题的新思路。论文最后将生物免疫反馈机理引入到现有PID控制系统中,提出了一种新型的免疫反馈算法,发动机转速回路仿真结果表明,新的免疫算法显著改善了原有控制系统的性能,系统超调小、响应快、抗干扰性强,且具有较好的自适应性。本文建立的航空发动机简化模型及全状态、全包线部件级模型已用于某型涡扇发动机数控系统半物理仿真试验中,应用效果反映良好。