面向曲面光滑的部件特性修正改进下赶法

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32797

Abstract

Abstract:

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 curved 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 optimal 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 continuously smooth characteristic curved 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.

Key words: aeroengine, component characteristics modification, component level model, particle swarm optimization, off-design point matching

CLC Number:

V233.7

Zhaolong BAI, Xiaofeng LIU. An improved high-to-low method for component characteristics modification towards curved surface smoothness[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(15): 632797.

Figures/Tables 20

Fig.1

Table 1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Fig.5

Fig.6

Table 7

Fig.7

Table 8

Table 9

Table 10

Fig.8

Table 11

Table 12

References 30

[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.
	LI Z H. On-board real time model for variable cycle engine［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2021： 1 （in Chinese）.
[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（2）： 25-29.
	ZENG X R， XIANG L Y， ZENG Q， et al. Modification of engine component characteristics based on differential evolution algorithm［J］. Engineering & Test， 2025， 65（2）： 25-29 （in Chinese）.
[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]	LI Y G， GHAFIR M F A， WANG L， 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（8）： 1785-1791.
	YANG X Y， SHEN W， WANG W， et al. Aero engine component characteristic map correction using multi state test data［J］. Journal of Aerospace Power， 2012， 27（8）： 1785-1791 （in Chinese）.
[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（6）： 26-29， 33.
	PAN S C， LI G T， DING Z X， et al. Aero-engine performance model correction based on component performance map［J］. Gas Turbine Experiment and Research， 2016， 29（6）： 26-29， 33 （in Chinese）.
[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.
	CHEN Y C. Research on modification technology of aeroengine model［D］. Tianjin： Civil Aviation University of China， 2020： 72-79 （in Chinese）.
[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.
	LI M Z， JI R M， HUANG X H. Aeroengine component characteristic correction based on improved particle swarm optimization［J］. Journal of Propulsion Technology， 2022， 43（11）： 411-419 （in Chinese）.
[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（3）： 220-231.
	GUO Q， SUN Z R， FAN J F， et al. Establishment and verification of a civil aircraft engine air path benchmark model for health management［J］. Journal of Propulsion Technology， 2025， 46（3）： 220-231 （in Chinese）.
[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.
	ZHONG W C， WANG Y， SONG J， et al. A new correction method for aero-engine mathematical model［J］. Journal of Aerospace Power， 2023， 38（11）： 2776-2784 （in Chinese）.
[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（1）： 212-223.
	ZHANG S B， ZHENG Q G， CHEN C， et al. Refinement method of aeroengine component level model based on block cross trust region method［J］. Journal of Propulsion Technology， 2025， 46（1）： 212-223 （in Chinese）.
[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（3）： 114-121.
	WANG J W， HUANG X H， JI R M. Correction method of component characteristics for gas turbine based on characteristic data［J］. Aeroengine， 2024， 50（3）： 114-121 （in Chinese）.
[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（5）： 52-56.
	ZHOU C， LI M. Method for correcting the characteristics of civil engine components based on test flight data［J］. Technology Innovation and Application， 2024， 14（5）： 52-56 （in Chinese）.
[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（1）： 117-126.
	GAO Y， WANG X， LIU Z G. Research on aero-engine performance modeling based on general simulation framework［J］. Advances in Aeronautical Science and Engineering， 2025， 16（1）： 117-126 （in Chinese）.
[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.
	ZHANG H Y. Research on modeling correction for turboshaft engine［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2015： 49-57 （in Chinese）.
[21]	高晶东. 基于试车台数据涡扇发动机稳态性能建模［D］. 天津：中国民航大学， 2020： 41-46.
	GAO J D. Modeling of turbofan engine performance at steady state based on test cell data［D］. Tianjin： Civil Aviation University of China， 2020： 41-46 （in Chinese）.
[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（9）： 504-519.
	ZOU Z L， HUANG J Q， ZHOU X， et al. Fast automatic correction method for component characteristics of the identification dynamic model of VCE［J］. Journal of Aerospace Power， 2024， 39（9）： 504-519 （in Chinese）.
[23]	樊巍，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（6）： 28-31.
	FAN W， SHI Y， CAO M-D， et al. A new aero-engine steady-state performance model modification method［J］. Gas Turbine Experiment and Research， 2020， 33（6）： 28-31 （in Chinese）.
[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.
	JIN P， LU F， HUANG J Q. Automatic filtering-based modification and updating of component characteristics for turbofan engine［J］. Journal of Propulsion Technology， 2019， 40（12）： 2664-2672 （in Chinese）.
[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.
	LU S W. Research on nonlinear adaptive model of variable cycle engine［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2019： 52-62 （in Chinese）.
[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（6）： 11-16.
	DONG Z， ZHOU W X， PAN M X， et al. Modification and updating method in component characteristics turboshaft engine［J］. Aeroengine， 2018， 44（6）： 11-16 （in Chinese）.
[27]	潘鹏飞，李秋红，任冰涛，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（5）： 690-694.
	PAN P F， LI Q H， REN B T， et al. Component map correction of aero-engine based on genetic algorithm［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2014， 40（5）： 690-694 （in Chinese）.
[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（2）： 4-8.
	YANG X Y， WANG Y H， HE X T， et al. Aeroengine component characteristic correction based on enhanced quantum-behaved particle swarm optimization［J］. Aeronautical Computing Technique， 2012 42（2）： 4-8 （in Chinese）.
[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.
	LUO G Q， SANG Z C， WANG R G， et al. Numerical methods for aviation gas turbine engine simulation［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2007： 49-72 （in Chinese）.
[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.
	FAN S Q. Aeroengine control［M］. Xi’an： Northwestern Polytechnical University Press， 2008： 134-136 （in Chinese）.

编号	定义	编号	定义
0	远前方	52	外涵道出口
2	风扇入口	6	混合室出口
22	风扇出口	7	加力燃烧室出口
3	高压压气机出口	9	尾喷管出口
4	燃烧室出口	c1	高压涡轮冷却入口
45	高压涡轮出口	c2	低压涡轮冷却入口
5	低压涡轮出口

工况点	H/km	Ma	W_f1/（kg·s^-1）	A₈/m²	A₉/m²
1	0	0	0.8	0.8	0.96
2	0	0	4.0	0.8	0.96
3	0	1.2	2.0	0.8	0.96
4	0	1.2	5.0	0.8	0.96
5	5	0.6	3.0	0.8	0.96
6	10	0.8	2.0	0.8	0.96
7	11	1.0	2.5	0.8	0.96
8	11	2.0	6.0	0.8	0.96
9	0	0.4	6.32	0.8	0.96

工况点	n_L	n_H	P_t3	P_t45	T_t5	P_t6	T_t6	F
1	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN
2	3.369	0.167	1.660	1.648	1.989	2.798	2.360	4.136
3	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN
4	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN	NAN
5	1.748	0.206	1.590	1.598	1.887	2.435	2.133	3.041
6	0.266	0.269	0.626	0.660	0.723	0.771	0.700	0.833
7	2.116	0.452	1.190	1.185	1.350	1.752	1.577	1.663
8	10.221	0.280	2.250	2.359	2.873	4.475	3.557	2.443
9（设计点）	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000

超参数	符号	数值
群体大小	N	25
个体维数	d	8
最大迭代次数	G	1 000
优化目标	F_aim	0.1
惯性权重	w	0.83
自我学习因子	c₁	1.8
群体学习因子	c₂	1.3

修正系数	符号	搜索范围
风扇流量	C_W，fan	［0.6， 1.6］
风扇效率	C_η，fan	［0.6， 1.6］
压气机流量	C_W，hpc	［0.6， 1.6］
压气机效率	C_η，hpc	［0.6， 1.6］
高压涡轮流量	C_W，hpt	［0.9， 1.2］
高压涡轮效率	C_η，hpt	［0.9， 1.2］
低压涡轮流量	C_W，lpt	［0.9， 1.2］
低压涡轮效率	C_η，lpt	［0.9， 1.2］

An improved high-to-low method for component characteristics modification towards curved surface smoothness

RichHTML

PDF (PC)

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 20

References 30

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments

工况点	C_W，fan	C_η，fan	C_W，hpc	C_η，hpc	C_W，hpt	C_η，hpt	C_W，lpt	C_η，lpt
1	0.725	1.336	0.876	1.078	1.001	0.996	1.017	1.035
2	0.988	1.046	0.980	1.005	1.000	1.000	1.000	1.020
3	0.748	1.334	0.855	1.088	1.002	0.994	1.007	1.053
4	0.795	1.160	0.943	1.030	1.000	0.998	1.007	1.036
5	1.014	1.030	0.991	1.003	1.000	1.000	1.000	1.017
6	1.011	1.006	1.002	1.001	1.000	1.000	1.000	1.006
7	0.935	0.999	1.005	0.999	1.000	1.001	1.000	0.984
8	0.907	1.061	0.973	1.005	1.000	0.998	1.005	1.024
9（设计点）	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000

工况点	n_L	n_H	P_t3	P_t45	T_t5	P_t6	T_t6	F
1	0.122	0.016	0.046	0.032	0.073	0.034	0.052	0.199
2	0.002	0.115	0.059	0.000	0.031	0.095	0.082	0.141
3	0.131	0.167	0.088	0.170	0.011	0.114	0.053	0.275
4	0.079	0.081	0.144	0.260	0.107	0.067	0.040	0.082
5	0.021	0.033	0.002	0.009	0.011	0.023	0.020	0.029
6	0.027	0.020	0.001	0.006	0.004	0.010	0.009	0.011
7	0.042	0.053	0.002	0.021	0.004	0.008	0.008	0.008
8	0.021	0.003	0.135	0.227	0.076	0.032	0.021	0.020
9（设计点）	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000

修正系数	二次项系数	数值	修正系数	二次项系数	数值
C_W，fan	a	0.491	C_W，hpt	a	-0.148
C_W，fan	b	-0.568	C_W，hpt	b	0.609
C_η，fan	a	-0.503	C_η，hpt	a	-0.395
C_η，fan	b	1.260	C_η，hpt	b	0.334
C_W，hpc	a	1.103	C_W，lpt	a	-0.018
C_W，hpc	b	1.345	C_W，lpt	b	-0.110
C_η，hpc	a	-0.536	C_η，lpt	a	-0.336
C_η，hpc	b	-1.022	C_η，lpt	b	-0.832

工况点	n_L	n_H	P_t3	P_t45	T_t5	P_t6	T_t6	F
1	0.794	2.981	1.600	0.218	0.839	0.303	0.455	1.748
2	1.088	0.241	0.446	0.162	0.468	0.566	0.461	0.837
3	0.294	2.865	1.384	0.970	1.347	0.755	0.328	1.821
4	3.279	0.482	0.184	0.452	0.116	0.684	0.415	0.826
5	1.463	0.179	0.700	0.404	0.681	0.811	0.687	1.013
6	0.342	0.216	0.517	0.224	0.441	0.494	0.446	0.534
7	3.636	0.777	0.504	0.843	0.701	0.842	0.744	0.806
8	0.075	0.031	0.787	0.829	0.362	0.730	0.493	0.427
9（设计点）	0.218	0.178	0.270	0.015	0.203	0.225	0.215	0.283

评价指标	修正方法	n_L	n_H	P_t3	P_t45	T_t5	P_t6	T_t6	F
E_mean	二次函数变换法	1.243	0.883	0.710	0.458	0.573	0.601	0.472	0.922
	传统下赶法	0.059	0.098	0.133	0.155	0.117	0.151	0.083	0.322
	改进下赶法	0.049	0.054	0.053	0.080	0.035	0.043	0.032	0.085
E_max	二次函数变换法	3.636	2.981	1.600	0.970	1.347	0.842	0.744	1.821
	传统下赶法	0.171	0.419	0.448	0.707	0.418	0.950	0.419	2.303
	改进下赶法	0.131	0.167	0.144	0.260	0.107	0.114	0.082	0.275

评价指标	修正方法	W_fan	η_fan	W_hpc	η_hpc	W_hpt	η_hpt	W_lpt	η_lpt
RMSSD	二次函数变换法	0.007	0.194	0.002	0.422	0.000	0.052	0.001	0.035
	传统下赶法	0.827	1.569	0.045	1.618	0.000	0.703	0.003	0.523
	改进下赶法	0.034	0.295	0.005	0.405	0.001	0.526	0.003	0.259
L	二次函数变换法	0.106	0.752	0.021	0.902	0.004	0.438	0.003	0.056
	传统下赶法	1.927	2.944	0.091	2.133	0.000	0.778	0.005	1.361
	改进下赶法	0.156	0.482	0.030	1.043	0.001	0.887	0.006	0.929

[1]	Haideng ZHANG, Yun WU, Yingwei TIAN, Nan TANG, Yueren ZUO. Research progress and prospect of swirl/total pressure combined distortion test and evaluation [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(7): 632790-632790.
[2]	Kewen WU, Bin ZHAO, Yanying TAN. Aerial recovery mission planning method for UAV swarm [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(4): 332208-332208.
[3]	Ying WANG, Yang LI, Chaoqian CHENG, Zongxia JIAO. Thermal load analysis for aeroengine oil system with extended flight profile [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(1): 632005-632005.
[4]	Bingbing XU, Kai HAN, Richang DONG, Wenbin GONG, Qianyi REN. A high-speed laser backbone node deployment approach for next-generation GNSS [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(9): 331124-331124.
[5]	Yun ZHANG, Chenguang LIU, Yukun ZHANG, Peng LI. Crack identification of aeroengine compressor blades based on blade tip timing [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(23): 231823-231823.
[6]	Xi LIU, Dianyin HU, Yi WANG, Rongqiao WANG, Gaoxiang CHEN, Weihan KONG. Structural reliability design for aero-engines: Review and prospects [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(21): 532625-532625.
[7]	Han ZHOU, Qian CHEN, Hongyu WANG, Haolan SHI, Pengxuan WEI, Jiacheng LI, Tianhong ZHANG, Hanlin SHENG. A high flux dual variable cycle engine model coupled with instability simulation [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(14): 131436-131436.
[8]	Fang GUO, Wei HAN, Yujie LIU, Jie LIU, Xichao SU, Liangliang CHENG. Scheduling for maintenance and service support of carrier-based aircraft based on variable operation process [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(13): 531195-531195.
[9]	Yangchao HE, Jiong LI, Lei SHAO, Xiangwei BU, Jinlin ZHANG, Boyang JI. Reentry target tracking algorithm based on improved “current” statistical model [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(S1): 730800-730800.
[10]	Guoning QI, Baohai WU, Jiangfeng FU. Comparative analysis on relief grooves of high-speed and high-pressure aeroengine fuel gear pumps [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(5): 529666-529666.
[11]	Xiangdong GE, Fayong WU, Yongquan LIU, Zhongyan AN, Baodong QIAO, Qiang GAO, Tianlong QIN, Xiaoyang ZHOU. Research methods for whole aeroengine vibration and their engineering application [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(4): 628353-628353.
[12]	Lifang CHEN, Yabing SUN, Shuhua ZHOU, Qiang GAO, Baodong QIAO, Dong LI. Fan rotor local balancing method based on real data inversion [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(4): 628321-628321.
[13]	Minghui HU, Jinji GAO, Zhinong JIANG, Weimin WANG, Limin ZOU, Tao ZHOU, Yunfeng FAN, Yue WANG, Jiaxin FENG, Chenyang LI. Research progress on vibration monitoring and fault diagnosis for aero-engine [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(4): 630194-630194.
[14]	Zhiliang HONG, Yu LI, Wenbo HE, Shuiting DING. Influence of bolt preload on slip characteristics at discontinuous rotor interfaces under thermal load [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(24): 230402-230402.
[15]	Songbai WANG, Yuyang HAO, Yadong WU, Yong CHEN, Huawei YU, Lin DU. Research progress on rotating instability of aeroengine compressor [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(16): 29851-029851.