[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

说明书

本发明是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。本发明涉及工程系统建模技术领域，本发明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；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；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。本发明的建模和控制策略既兼顾了模型计算的快速性，又利用压力和流量的积分关系计算保证了计算的准确性，为部署在硬件上并进一步进行发动机实验提供了基础。

技术领域

本发明涉及工程系统建模技术领域，是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。

背景技术

超燃冲压发动机被认为是大气层内高超声速飞行器的理想推进装置，具有远距离、高比冲、高马赫巡航和单级入轨等优点，在空间运输和武器装备方面有广泛的应用前景，引起了许多国家的极大兴趣。随着近来各国科研力量上的投入，对超燃冲压发动机的研究越来越广泛和深入。

目前，对于超燃冲压发动机的研究方法主要有数值模拟、地面试验与飞行试验三种方法，其中飞行试验成本较高，实施比较困难。而地面实验手段就成为了进行超燃研究的重要手段。在发动机的研究中为了尽可能的模拟高空来流的气流环境，可通过直连式发动机高空实验台进行，为了研究实验台的输出的气流参数特性和试验台的控制器参数设计就需要搭建实验台的数学模型。

发明内容

本发明为提供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，其具有更高精度和实时性的模型，可分析试验台和发动机耦合过程的变化情况，进一步实现试验台的准确控制。，本发明提供了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，本发明提供了以下技术方案：

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，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；

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；

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。

优选地，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。

优选地，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；