航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的建模與實(shí)時(shí)仿真技術(shù)*

張?zhí)旌?，吳宋?/p>

（南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，南京 210016）

作為國(guó)之重器，航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。在實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興宏偉目標(biāo)的大背景下，國(guó)家于“十三五”期間啟動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃（兩機(jī)專(zhuān)項(xiàng)），目標(biāo)是加快增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力和實(shí)力，努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制涉及氣動(dòng)、燃燒、傳熱、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、材料、控制等眾多學(xué)科領(lǐng)域，總的來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)是主導(dǎo)，材料是基礎(chǔ)，制造是保障，試驗(yàn)最重要。

傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制通過(guò)大量的零部件試驗(yàn)、整機(jī)調(diào)試等研究性試驗(yàn)積累準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，采用依靠實(shí)物反復(fù)試驗(yàn)暴露設(shè)計(jì)問(wèn)題的模式進(jìn)行研制，強(qiáng)調(diào)“一切經(jīng)過(guò)試驗(yàn)”，具有周期長(zhǎng)、成本高及風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)[1]。但是在工作環(huán)境極端惡劣，以及低耗油率、高推力、高可靠性、強(qiáng)可維護(hù)性等眾多嚴(yán)苛的要求下，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和研發(fā)手段已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)多樣化的發(fā)展需求。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了圖1 所示的由“傳統(tǒng)設(shè)計(jì)”到“預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)”的變革。借助仿真技術(shù)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期由最早的10～15年最多縮短至4～5年，試驗(yàn)樣機(jī)從40～50 臺(tái)減少到10 臺(tái)左右，實(shí)現(xiàn)從“試驗(yàn)出來(lái)”到“設(shè)計(jì)出來(lái)”的轉(zhuǎn)變[2]。

結(jié)合多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，利用第一性原理建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)多物理場(chǎng)耦合模型，可有效反映發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作過(guò)程中的物理場(chǎng)狀態(tài)，并針對(duì)某些難以復(fù)現(xiàn)的工作狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證，大大減少了研制成本和周期，避免實(shí)物試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)?！?br>