进入新世纪后，航空动力工业面临的挑战日益增加，激烈的竞争要求航空发动机生产厂家尽可能缩短研发周期，降低生产维护成本。随着计算机技术的进步，计算机仿真已经越来越成为科学研究和实际生产中解决复杂工程问题的一项重要手段。特别是在发动机设计领域，它可以充分发挥投资少见效快的特点，以较少的投资快速地获得几种不同的设计方案。航空发动机涉及到一系列学科：热力学、流体力学、材料、传热、机械和电子等等。所以多学科交叉耦合成为当今航空动力系统的一个重要特色。如何把计算流体力学、计算结构力学、燃烧、传热、控制以及计算机仿真技术等集成到航空发动机的计算机仿真中已经成为目前难点和重点。 本文研究的基本思路是：应用面向对象软件设计模块化思想，建立与缩放模型相关的系统级子系统和部件的集成；在合适保真度水平上将各子系统和各部件综合在一起，实现子系统和系统级仿真；通过多学科耦合研究来掌握各个学科之间相互影响的关键问题；通过可变复杂性分析，适应不同设计问题对分析复杂性的要求；以模块化、层次化、规范化和参数化等为出发点，充分利用各领域的专门仿真软件对各自适用的子系统进行进一步细化建模；将不同领域、不同层次上的子系统仿真模型集成到分布仿真环境下；设计人员可以根据需要选择相应的仿真服务，虚拟地建立一个包含不同学科、不同细节部件模型在内的，完整的航空发动机模型。 基于此，我们提出了面向仿真对象(即航空发动机)的三层体系结构的分布仿真系统框架。该系统克服了传统分布系统结构不灵活，改进成本高昂，可扩展性差，维护管理困难等难点。初步具备了虚拟组织的特征，可以根据需要虚拟化的灵活地建立临时分布仿真系统，并随着任务的完成而自动解散。建模人员可以有效地重用已有的仿真模型，透明地访问所有同仿真相关的信息或服务，完成各自建模和仿真。大大提高了仿真服务、模型以及其它资源的可重用性。层次化、模块化和参数化的系统结构降低了系统内不同架构，不同模型之间的耦合性，增加了各个架构问的独立性和部件模型的自治性，改善了传统分布仿真中各子系统和部件模型之间过分依赖的关系。进一步地，在设计的三层体系结构中提出并建立了客户和用户的概念和模块。使得基本仿真环境的管理与仿真应用分离。分解了客户端的功能，消除了服务管理与仿真地耦合，增加系统的独立性、可靠性和稳定性。在仿真服务管理和应用之间做出了负载平衡，避免了通常单一客户因负载过重而带来的效率降低、不稳定等问题。 本研究尝试应用一种新的面向对象的仿真工具MODLICA语言。充分利用它的面向对象功能，并结合参数化、模块化和图形化等新型仿真系统的要求，开发并建立了一个开放的可扩展的航空(涡扇)发动机部件仿真模型库。在此基础上，建立了由航空发动机各部件零维数字仿真模型组成的发动机整机模型。我们的目的是建立一个系统级的航空发动机部件模型架构基础。即一个适用对各类设计方案进行快速评价，以及在制造、维护等阶段对发动机进行检验和检测的，包含主要部件基本物理模型的仿真模型库。以该模型库为基础建立的系统级模型可以作为航空发动机分布仿真系统中的用户(即系统级架构)层，以控制各分布式服务或模型的仿真。 大型科学与工程项目的组织与实施都面临着人员众多、异构计算资源、多信息系统之间的协作与交互问题。为了有效地应用并管理航空发动机分布仿真中众多的异构资源，消除信息孤岛，我们引入了网格计算(GridComputing)概念和网格计算服务(GridService)技术。采用网格计算服务和组件技术实现了本文设计的航空发动机分布仿真系统。按照网格计算服务的要求对发动机子系统仿真进行封装，在基础架构上提供统一标准的仿真服务接口。在网格环境下，能够充分利用已有建模仿真技术和商业化软件，建立一个松散的分布仿真系统。这改变了传统分布仿真技术需要通过大规模改造原有成果，才能建立一个刚性化的分布系统的弊端。该系统赋予航空发动机各相关领域设计人员巨大的主动权和自治权。 本文建立的航空发动机多场耦合分布仿真系统，可使异地的、分布的建模仿真人员方便、快捷、友好地采用各自领域的专业分析工具，对构成航空发动机系统的各子系统进行建模与仿真；在不同技术角度和层次上进行功能、性能的单点分析，并支持它们参与整个系统的联合仿真。本系统的特长在于使用适当的和可用的几个资源共同协作仿真。因为每一个工作不必运行在同一个资源上，因此如果某个特定仿真任务要求特别的资源(如超级计算机或特定软件)是可以承受的，而其它仿真过程则可以运行在一个标准的和相对便宜的资源上。工作任务可以运行在任何资源上，这样增加了系统的可用性和可靠性。航空发动机多场耦合分布式仿真可以较真实地反映发动机运转过程及其部件状况，大量减少试验次数，缩短研制时间，节省研究经费。它可以应用于对发动机各种设计的预测和测试，直至最后定案。