高精度的航空发动机数字模型依赖于高匹配度的部件特性数据。针对传统下赶法修正结果不唯一、曲面不光滑等问题,提出了一种基于下赶法的改进部件特性修正方法。该方法首先通过缩放基准点进行初步放缩修正,确保设计点的高精度及工况的覆盖性;随后,采用粒子群算法优化由发动机目标参数构建的适应度函数,以获取不同工况下的最优部件修正系数。在部件特性图上补充对应工况特性线,并基于修正系数对扩充与原始特性线进行缩放,最终得到全工况匹配且曲面连续光滑的特性数据。以某型双轴混排发动机为研究对象,开展了所提方法与传统下赶法的对比仿真验证。结果表明,改进方法修正后的发动机目标参数仿真相对误差均小于1%,整体精度优于传统下赶法,并且有效消除了修正结果的不光滑现象。
High-precision aeroengine digital models require well-matched component characteristics data. An improved component characteristics modification method is proposed to address the non-unique results and non-smooth surfaces from the traditional high-to-low method. Preliminary scaling modification is carried out through reference points to ensure high accuracy at design point and broad coverage across all operation points. Fitness function constructed from target parameters is optimized by using particle swarm optimization algorithm to determine component correction coefficients for all operation points. Component characteristic maps are expanded by adding characteristic lines corresponding to these conditions. Both the expanded and original lines are scaled using the obtained coefficients, resulting in a fully-matched and smooth characteristic surface. A comparative simulation between the improved method and traditional method was conducted on a two-spool mixed-flow engine. The simulation results demonstrate that all the relative errors of the target parameters corrected by the improved method are less than 1%, outperforming the tradition method in overall accuracy while successfully avoiding non-smooth correction results.
[1] 李志虎. 变循环发动机机载实时模型研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2021: 1.
[2] 曾雪瑞, 向露宇, 曾强, 等. 基于差分进化算法的发动机部件特性修正[J]. 工程与试验, 2025, 65(02): 25-29.
[3] TSOUTSANIS E, MESKIN N, BENAMMAR M, et al. A component map tuning method for performance prediction and diagnostics of gas turbine compressors[J]. Applied Energy, 2014, 135: 572-585.
[4] TSOUTSANIS E, KHORASANI K, BENAMMAR M, et al. Transient Gas Turbine Performance Diagnostics Through Nonlinear Adaptation of Compressor and Turbine Maps[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2015, 137(9): 091201.
[5] YANG Q, LI S, CAO Y. A new component map generation method for gas turbine adaptation performance simulation[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2017, 31(4): 1947-1957.
[6] G. L Y, ABDUL G M F, L. W, et al. Nonlinear Multiple Points Gas Turbine Off-Design Performance Adaptation Using a Genetic Algorithm[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2011, 133(7): 071701.
[7] KANG W D, KIM S T. Model-based performance diagnostics of heavy-duty gas turbines using compressor map adaptation[J]. Applied Energy, 2018, 212: 1345-1359.
[8] KIM S, KIM K, SON C. A new transient performance adaptation method for an aero gas turbine engine[J]. Energy, 2020, 193: 116752.
[9] WANG Y, WANG X, WANG Z, et al. A novel method for aero-engine map calibration using adaptation factor surface[J]. Measurement, 2025, 239: 115394.
[10] 杨欣毅, 沈伟, 王文, 等. 利用多状态试车数据修正发动机部件特性[J]. 航空动力学报, 2012, 27(08): 1785-1791.
[11] 潘率诚, 李刚团, 丁朝霞, 等. 基于部件特性的航空发动机性能模型修正[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2016, 29(06): 26-29+33.
[12] 陈义成. 航空发动机模型修正技术研究[D]. 天津: 中国民航大学, 2020: 72-79.
[13] 李明洲, 嵇润民, 黄向华. 基于改进粒子群的航空发动机部件特性修正[J]. 推进技术, 2022, 43(11): 411-419.
[14] 郭庆, 孙正日, 樊俊峰, 等. 面向健康管理的民航发动机气路基准模型建立与验证[J]. 推进技术, 2025, 46(03): 220-231.
[15] 钟文城, 汪勇, 宋劼, 等. 一种面向航空发动机数学模型的新型修正方法[J]. 航空动力学报, 2023, 38(11): 2776-2784.
[16] 张书博, 郑前钢, 陈铖, 等. 基于分块交叉信赖域法的航空发动机部件级模型精修方法研究[J]. 推进技术, 2025, 46(01): 212-223.
[17] 王佳雯, 黄向华, 嵇润民. 基于特性数据的燃气涡轮发动机修正方法[J]. 航空发动机, 2024, 50(03): 114-121.
[18] 周超, 李密. 基于试飞数据的民用发动机部件特性修正方法[J]. 科技创新与应用, 2024, 14(05): 52-56.
[19] 高扬, 王鑫, 刘振刚. 基于通用仿真框架的航空发动机性能建模研究[J]. 航空工程进展, 2025, 16(01): 117-126.
[20] 张淏源. 涡轴发动机模型修正技术研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2015: 49-57.
[21] 高晶东. 基于试车台数据涡扇发动机稳态性能建模[D]. 中国民航大学, 2020: 41-46.
[22] 邹泽龙, 黄金泉, 周鑫, 等. VCE身份证动态模型部件特性快速自动修正方法[J]. 航空动力学报, 2024, 39(09): 504-19.
[23] 樊魏, 施洋, 曹铭栋, 等. 一种新的航空发动机总体性能稳态模型修正方法[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2020, 33(06): 28-31.
[24] 金鹏, 鲁峰, 黄金泉. 涡扇发动机部件特性的滤波自动修正更新方法[J]. 推进技术, 2019, 40(12): 2664-2672.
[25] 陆桑炜. 变循环发动机非线性自适应模型研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2019: 52-62.
[26] 董桢, 周文祥, 潘慕绚, 等. 涡轴发动机部件特性修正及更新方法[J]. 航空发动机, 2018, 44(06): 11-16.
[27] 潘鹏飞, 李秋红, 任冰桃, 等. 基于遗传算法的航空发动机部件特性修正[J]. 北京航空航天大学学报, 2014, 40(05): 690-694.
[28] 杨欣毅, 王永华, 贺孝涛, 等. 基于改进量子粒子群的发动机部件特性修正[J]. 航空计算技术, 2012, 42(02): 4-8.
[29] 骆广琦, 桑增产, 王如根, 等. 航空燃气涡轮发动机数值仿真[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007: 49-72.
[30] 樊思齐. 航空发动机控制[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2008: 134-136.