飞行器控制（五）压气机背景

1 参考Chenglin Li：飞行器控制（四）压气机2 压气机背景介绍

  压气机模块使用Compressor_TMATS.c用来计算输出气体特性参数和其他变量。

  为了计算输入焓和输入熵，脚本使用了查表法，查找输入的温度、压力、油气比作为参考。

  流量值的计算公式：

  

   分别表示标准状态下的压力和温度。

  修正后的流量特征可以由如下公式描述：

   修正后的轴转速为：

   压气机的一般性能是由一个压气机图（Compressor ** p）决定的，该图将修正后轴的转速和任意定义的单调递增的Rline与修正后的质量流量、压比和效率联系起来。

  此图中的值可以比例缩放(例如，100%轴速可能与20,000 rpm相关)，因此在接下来的讨论中，压气机图中所有的值都被称为映射参数 ** p parameters。

  Rline图：横坐标表示修正的流量，纵坐标表示压比。

  利用修正轴转速和用户指定的修正速度标量常数 ，从而可以确定压缩机的转速图，由下式可知：

  

   的值依赖于使用的iDesign(iDes)选项。

  可以通过双击块访问iDes选项，导航到iDesign选项卡，并为iDesign_M选项输入0、1或2。

如果输入0,iDes将被启用，压气机映射标量(如CNc)将基于用户在iDesign选项卡中指定的设计变量。这些值输出到指定的文件(FVarM)。如果输入1，则标量将从用户上传并在iDesign选项卡中指定的指定文件(FVarM)确定。如果输入2，则标量将由C-Map选项卡中指定的标量决定(如sCNc_M); 不会使用iDesign选项卡中的任何值。

  有关如何启用iDes以及如何使用它的不同选项的更多信息，请参见本页底部的掩码变量表。

  为了计算总流输入，脚本利用用户指定的压缩机映射图，对结果进行插值，然后使用用户指定

  的流标量常数对结果按下式缩放：

   流量标量常数C_Wc的值依赖于使用的iDes选项，如前面所述，并在本页底部的掩码变量表中详细说明。为了确定输出总压，必须首先确定压缩机工作时的压比。压力比由下式确定：

   其中PRMap由压缩机映射插值决定，C_PR依赖于使用得iDes选项。一旦计算出来压力比，就可以使用下式计算出总输出压力：

  

  压缩机的总效率可由下式确定:

  

  EffMap由压缩机映射插值(interpolating the compressor ** p)确定。C_Eff依赖于使用的iDes选项。

  为了计算输出总焓，脚本假设压缩机是等熵的，即输入熵等于输出熵。这样就可以利用熵、压力和燃料与空气的比例对理想总温度进行表格查找。然后，使用理想总温度和燃料与空气的比例，进行额外的表格查找以确定理想总焓。最后的总焓输出是通过以下方法确定的：

  

  实际的温度输出是通过使用实际总焓值和燃料与空气的比例，查找表来确定的。输出流量由下式确定:

  

  在上式中，Wbleeds是离开系统的流量，可以用两种方法确定。 首先，可以基于用户指定的客体排量（customer bleeds）（恒定排量值）来计算Wbleeds，或者可以基于用户指定的部分排量（fractional bleeds）来计算Wbleeds。通过启用或禁用这些选项，可以指定多排出或不排出这些流量。

  这两种类型的排量由以下方程式确定。在代码中，首先评估客体排量，然后评估分数放气并将其添加到客户放气，以确定放出的总流量。

  压缩机的总排气流量是通过将指定流量相加得出的：

  

  其中 的值是C_ ** M（ ** sk variable封装变量）, wfrac是C_FBD_M（封装变量）值乘以输入流Win的值。

  在计算排放量时，脚本还会计算由于每次排放而损失的总焓和压力。 这些值分别由以下方程式确定：

  

  其中 FracBldht 和 FracBldPt 指的是在发生排气之前通过流量获得的部分焓和压力增益。尽管不完善，但这些派生值旨在模拟内部阶段的排放。 因此，例如，如果在8级压缩机的级4发生排放，则这些分数可能为0.5。 除了计算排放的总焓和总压力之外，还可以通过使用总焓作为搜索标准的表格查找方法来确定总温度。

  以与输出流量类似的方式确定输出功率。像输出流量一样，输出功率取决于输入功率和放出的功率量。用于解决输出功率的公式如下

  

  系统中存储的理想功率Pwrb4bleed为：

  

  C_U_PER_SECtoHP是将U/s转换为HP的常数。

  从系统中排放的功率(PwrBld)由排放的功率的总和决定：

  

  bld变量是fractional bleeds或customer bleeds。

  输出到轴上的转矩由输出功率和轴的转速决定，如式所示：

  

   是用于转换单位的常数。

归一化流量误差的计算取决于是否启用iDes, 如果启用了iDes, 则NerrorOut由以下各项决定：

  

在上式中，Rline值是根据用户指定的压气机图（compressor ** p）确定的。如果禁用了

  iDes，则NErrorOut由下式确定：

  

  注意：在这些方程上加上除零保护，如果Rline=0，NErrorOut就等于100。如果 等于零也会发生这种情况。

  为确定有效失速裕度，采用下式：

  

  其中SPRMap是由压缩映射特性图（compressor ** p）上的插值决定的，而C_PR则依赖于使用的ide选项。然后通过以下方法确定失速裕度图：

  

2 使用指导将输入气路流量、Rline和Nmech值连接到块上相应位置。将输出连接到模拟中的下一个块。双击块，然后…

  Step 1. 选择您将在每个选项卡下使用的选项

  （1）C-Map标签

在页面底部的“Plot Map”按钮旁边，勾选“Include surge line”框，绘制在surge Margin选项卡中定义的surge line。否则，将不会绘制出浪涌线。在页面的右下角，选择您将用于绘图的标量。

  选项包括:

  1. 无：按照定义绘制地图。

  2. 用户定义：使用C-Map选项卡中定义的标量绘制Wc、PR和Eff缩放的映射。

  3. iDesign: 使用iDesign计算的标量绘制Wc、PR和Eff缩放的映射，定义在iDesign选项卡中。

  （2）Bleed排量标签

  1. 勾选第一个框以启用customer bleed 。这些排放是基于流量和你输入的参数。

  2. 勾选第二个复选框以启用Fractional Bleeds。这些排放是基于你输入的分数值。

  （3）喘振裕度（surge ** rgin）标签

  1. 勾选使用地图默认浪涌线的框。

  2. 取消复选框可指定您自己的值来确定激增线。

  （4）自定义（iDesign）标签

  选择iDesign_M的值。

  选项包括:

  0. iDes将被启用，压缩器映射标量将基于用户在iDesign选项卡中指定的设计变量。

  1. 压缩器映射标量将从用户上传的指定文件(FVar_M)确定，并在iDesign选项卡中指定。

  2. 压缩器映射标量将由C-Map选项卡中指定的标量确定;不会使用iDesign选项卡中的任何值。

  Step 2. 为你选择的参数输入相应的值。

  

  

  ——2020.07.09——