[发明专利]一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法

权利要求书

1.一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：通过建立总阀门数学模型给定的压力入口和背压以及阀门开度确定出口的的流量和阀门后总压、总压损失系数以及速度系数；

所述步骤1具体为：

步骤1.1：

设定一个总压损失系数，根据设定的总压损失系数，计算得到气动函数π(λ)，根据气动函数π(λ)得到速度系数λ，由速度系数λ求解得到流量系数q(λ)，确定阀门过程造成的总压损失系数，根据总压损失系数确定出口的参数，通过下式表示总压损失系数：

由总压损失系数，总温，流量系q(λ)得到流量，根据流量计算得到总压损失系数，由得到的总压损失继续进行计算迭代直到计算得到收敛的结果；

步骤1.2：在主阀门的开度信号和流量给定的情况下计算得出主路阀门后的总压，在计算时，首先计算总压恢复系数，阀门的总压恢复系数与总压、总温、流量和阀门开度有关，因此通过输入参数直接求解出阀门后总压恢复系数，即求解出阀门后总压，通过下式表示阀门后总压：

根据进入阀门的总压和流量以及阀门开度等参数计算得出阀门造成的总压损失，进而计算得出阀门的出口总压；

步骤2：建立加热器模型，通过酒精的释热和气体的温升确定酒精燃烧后的加热器温度；

所述步骤2具体为：

在加热器中为了模拟飞行器高速飞行时的高焓气体来流，需要提高来流气体的总温，选用酒精在加热器中燃烧放热提高气流的总焓，建立加热器模型；

假定空气组分为79％的氮气和21％的氧气将空气中其他不参与反应的气体同一归入氮气；

当有Cmol的空气，Amol的酒精参与燃烧，和Bmol的氧气补充进加热器，根据对酒精燃烧方程式得到以及补氧后的最终的氧气体积分数得到方程式：

通过分析已经得到需要补充的氧气质量和酒精质量的比值关系，通过酒精的释热和气体的温升计算出酒精燃烧后的加热器温度：

根据酒精的释热转换为混合燃气的温升就得到最终的气体温度；

步骤3：确定发动机试验台耦合模型的PID控制器参数，确定总温试验台的传递函数，并对控制器所用参数进行整定；

所述步骤3具体为：根据总温试验台的物理建模过程，将总温试验台的传递函数通过下式表示：

其中，系统的常数项仅代表增益环节，总温闭环控制系统将基于上述传递函数对象进行设计，整定控制器参数。

2.根据权利要求1所述的一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法，其特征是：所述模型通过试验台来流经过总阀门进行节流降压并且控制流量，经过加热系统并与酒精混合燃烧，从气流参数表现为一添加质量和气流温升的过程，而后经过一主路阀门将气流分为两路，主路是供给实验的气流，压力是由主路阀门控制，旁路则直接排入大气；实验台输出的总压受总阀门和主路阀门两个阀门控制，而输出总温受燃烧当量比控制，受酒精流量和来流空气流量影响，即受总阀门和酒精质量流量二者共同调节控制。

3.根据权利要求1所述的一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法，其特征是：在计算空气总阀门流量时，首先假定一预设的总压损失，而后根据二分法不断迭代更新直至求出符合实验要求的准确解，绝对误差小于0.001；使用固定步长的建模方式进行试验台模型的搭建，其中选择0.01秒作为所有模型搭建的基准步长。

4.根据权利要求1所述的一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法，其特征是：使用线型模型对所搭建的试验台模型进行辨识，进而得到试验台辨识模型。

5.根据权利要求1所述的一种半实物仿真用试验台与发动机耦合性能模型建模方法，其特征是：使用PID控制器对所搭建的试验台模型进行控制，并对控制器所用参数进行整定。