[发明专利]一种飞行、推进系统和喷流噪声综合实时模型的建模方法

说明书

本发明涉及一种飞行/推进系统/喷流噪声综合实时模型建模方法，包括：建立喷流噪声实时预测模型；建立大涵道比涡扇发动机部件级模型；建立双发运输机的动力学模型和运动学模型；飞行/发动机/喷流噪声模型综合及修正。本发明针对飞机噪声研究设计过程中，传统方法通常将飞行系统、推进系统和噪声计算分开进行，难以充分考虑系统间耦合关系，无法覆盖整个飞行过程中的噪声状况的问题，计算量庞大、无法实时根据飞行和发动机状态计算喷流噪声大小的问题，建立喷流噪声实时预测模型，并与飞行模型和发动机非线性模型相结合，实现了对飞行状态、发动机性能和喷流噪声进行实时仿真。

技术领域

本发明是一种飞行、推进系统和喷流噪声综合实时模型建模方法，属于航空发动机建模与仿真技术领域。

背景技术

涡扇发动机的噪声可以分为喷流噪声、风扇噪声、燃烧室噪声和涡轮噪声，其中喷流噪声可以近似看成与喷流速度的高阶次方成正比，随着喷流速度的增加喷流噪声会急剧增大，是发动机最主要的噪声源。现有的被动喷流噪声控制技术潜力有限，且往往对发动机性能会有负面影响，而对于喷流远场噪声进行主动控制则需要建立喷流噪声的实时仿真模型，且考虑到喷流噪声受发动机工作状态、飞行状态的影响，建立飞行、推进系统和喷流噪声综合模型具有十分重要的意义。

仿真技术是支撑航空发动机自主研发的重要手段，可以大幅提高航空发动机的研发效率和质量，缩短研制周期，降低研制成本。目前国内外已知的发动机整机模型很多，大多利用发动机的部件特性，建立发动机的非线性部件级模型，使用Newton-Raphson等方法求解非线性方程组，或利用容积动力学方法取代经典迭代算法，实现发动机的实时模型仿真。但在进行发动机的噪声设计时，往往是直接按照随时间变化的非定常过程计算，如使用各种CFD软件，该方法计算量庞大，往往只能计算多个样本点，无法覆盖整个飞行过程中的噪声状况，远远达不到实时仿真的需求，发动机噪声仿真的效率问题是目前提高发动机的噪声设计效率、噪声适航评估系统开发、噪声主动控制和多学科设计优化等技术的主要瓶颈。基于上述问题，国内尚未见有公布带喷流噪声预测功能的涡扇发动机实时模型。

发明内容

本发明提出的是一种飞行、推进系统和喷流噪声综合实时模型建模方法，其目的在于为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种飞行、推进系统和喷流噪声综合实时模型建模方法，针对发动机噪声设计过程中，传统方法计算量庞大、无法覆盖整个飞行过程中的噪声状况、达不到实时仿真需求等问题，建立喷流噪声实时预测模型，并与发动机非线性模型和飞行模型相结合，实现了使用发动机性能特性参数和飞行状态参数对发动机喷流噪声进行实时仿真。

本发明的技术解决方案：一种飞行、推进系统和喷流噪声综合实时模型，所述综合实时模型包括喷流噪声实时预测模型、大涵道比涡扇发动机部件级模型、双发运输机的动力学和运动学模型；所述双发运输机的动力学和运动学模型计算得到飞行高度、马赫数和攻角，上述参数作为大涵道比涡扇发动机部件级模型和喷流噪声实时预测模型的输入；所述大涵道比涡扇发动机部件级模型计算得到内外涵的喷流速度、温度、空气流量，上述参数作为喷流噪声实时预测模型的输入，计算得到发动机推力作为双发运输机的动力学和运动学模型的输入；所述喷流噪声实时预测模型，在湍流应力张量所致四极子声源声场的声波波动方程的基础上，忽略粘性力和热传导的影响，将喷流混合区纵向长度视为喷口直径的线性函数，得到远场噪声的半经验模型，提升运算速度。包括以下步骤：

1)建立喷流噪声实时预测模型；

2)建立大涵道比涡扇发动机部件级模型；

3)建立双发运输机的动力学和运动学模型；

4)飞行、推进系统和喷流噪声模型综合及修正。

所述步骤1)包括以下具体步骤：