【摘要】总结了Modelica语言面向物理对象建模的特点，航空发动机总体性能稳态和动态数学模型，以及利用Modelica/Dymola软件开发航空发动机通用模型库，并搭建系统级模型，对稳态非设计点进行了仿真。结果表明，仿真结果与实际情况的拟合较好，说明利用该模型库，能够快速搭建起针对各型发动机的仿真系统，在航空发动机初步设计阶段具有重要意义和实用价值。
　　【关键词】Modelica；航空发动机；建模；仿真
　　1、引言
　　研发航空推进系统是一项消耗时间和花费昂贵的工作，有效利用计算机技术对动力系统部件进行精确的建模和仿真，可以节约开发成本，并能帮助设计人员优化系统的设计。因此有必要开发一个通用的航空动力系统部件库，快速组装航空动力系统的系统级模型，为多学科耦合仿真和优化搭建平台，并在预研阶段对航空动力系统的设计方案进行初步评估。
　　本文介绍了Modelica/Dymola语言的特点，利用该语言开发了基于特性图的航空发动机部件模型库并搭建了航空发动机系统级模型，同时对系统模型的稳态特性进行了仿真试验。由于Modelica的特点，在建模中，不同物理系统的模块可以像在实际系统中那样的连接，这就使得模型易于理解，易于升级和维护，因而被广泛地用于汽车，航空和机器人等复杂系统的仿真。
　　2、航空发动机部件数学模型
　　为了使模型具有更强的通用性，本文采用了面向对象的模块化方法建立了系统的数学模型。本文所采用的航空发动机部件气动热力数学模型[5，6]基于以下假设：
　　（1）忽略部件热惯性及燃烧滞后的影响
　　（2）气体航空发动机中的流动按一元处理
　　2.2基于优化工具求解稳态非设计点
　　传统求解发动机稳态非设计点参数时，为了使各个部件的计算能够顺利进行，需要给出一定数量的初猜值，这些猜值是否正确，需要用发动机平衡方程来进行检验，通过NR方法来求解。不同类型的发动机需要给出的初猜值的数量和平衡方程的数量是不同的，因此需要设计人员针对不同结构形式的发动机编写特定的NR方程求解程序。而本文采用Dymola软件自带的优化模块，将求解稳态非设计点参数的过程转变为寻找平衡方程残差最小的优化过程，减轻了设计人员的工作量，提高了设计效率及模型的通用性。
　　以双转子混排涡扇发动机为例，若给定飞行马赫数、飞行高度、风扇转速和喷管出口面积（对于收扩喷管为喉道面积），可取下列七个参数为调节参数：低压转子物理转速nL、风扇压力比函数值Zf、高压转子物理转速nH、高压压气机压力比函数值ZCH、燃烧室出口总温T*、高压涡轮流量比函数值WTH、低压涡轮流量比函数值WTL。
　　2.3 动态仿真模型
　　3、系统级建模仿真实例及结果
　　（2）将这些模块按照实际发动机的结构排列起来，直接用连线连接同类接口，包括各个部件与总控模块的接口，同时在总控模块中加入控制规律方程。用鼠标双击各个模块，设置各个模块的参数及部件特性数据文件。
　　（3）在主窗口中对模型进行检验，包括语法正确性以及方程的相容性等，如果没有错误，则在主窗口中对模型进行编译和仿真。
　　4、结论
　　本文根据Modelica语言的建模特点，以部件法建立了针对各型航空发动机的总体性能仿真平台，成功搭建了双轴混排涡扇发动机系统级模型，并对稳态非设计点过程进行了仿真试验，试验结果与实际试车数据拟合较好。
　　利用本文介绍的航空发动机总体性能仿真模型库，能够快速的建立起针对不同气动和物理结构形式的发动机整机仿真模型，通过模型对发动机的设计性能和指标进行修正和评估，同时可以方便的更改设计方案，并对多种方案进行优化和验证。因此将该模型库用于发动机的初步设计阶段，对于缩短研制周期，减少研制经费和设计风险具有重要的作用和意义。