基于改进牛顿法的航空发动机起动建模技术

姜 波，王继强，何小龙，胡忠志

（南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室，南京210016）

0 引言

航空发动机由静止逐渐加速至慢车状态这一过程称为起动过程。这个过程发动机气动热力参数变换剧烈，如何保证这个过程成功、快速的完成对延长发动机寿命、保证飞机安全有着重要的意义。对该过程进行数学抽象，建立起动过程的数值计算模型不仅能够为设计人员提供许多有价值的信息，而且能够让设计人员在发动机设计的初期就展开合理的起动过程控制规律优化研究。因而建立能够准确反映发动机起动过程的数值仿真模型对发动机的理论研究及工程应用都有着极大地意义。

在20世纪80年代，国外已经展开了发动机慢车以下状态的气动热力学建模研究，M.Yunis和R.K.A-grawal在1980年基于流量平衡的假设，通过外推方法获得低转速部件特性从而建立起了单转子发动机的起动模型[1]。在90年代NASA的Chappell采用慢车以上建模的方法，建立了包含高空起动、风车起动和地面起动的AVEST-V3模型[2]。此外在2001年和2007年，英国弗吉尼亚理工大学[3]英国克兰菲尔德大学[4]的学者在上述研究的基础上针对部件特性外推公式及零转速附近特性修正展开了深入的研究。国内学者对此研究展开的时间较晚，但也取得了大量的研究成果，如：基于大量发动机试车数据，使用系统辨识的方法建立的实时起动模型[5-8]；基于容积动力学和部件特性外推的方法建立双轴混合排气的涡扇发动机的地面及空中起动模型[9-10]，利用压气机及涡轮特性数据的脊柱特性建立能够准确模拟单轴发动机风车起动的部件级模型[11]等。……