航空发动机组件化建模技术研究
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摘要
组件化程序设计方法作为解决“软件危机”的一种可行办法,近几年得到了极大的重视,使用这种方法开发的应用程序有非常突出的组装性能,通过使用已有的组件以及自己开发的组件,程序员可以方便地开发自己的应用程序,并且可以通过替换组件达到软件的维护以及更新的目的。
本文以建立一个可重用和扩展灵活的航空发动机通用仿真平台为目标,运用面向对象的分析和设计方法,建立了仿真平台框架;采用面向对象编程语言C++,在Windows平台上基于现有的MFC类库,以Microsoft公司的COM规范为标准编写了发动机部件组件,以及使用TCP协议的网络组件,除此之外还开发了基于ADO、DAO两种访问方式的数据库组件。
与此同时,本文重点优化了数据在内存中的使用方式,使得仿真数据得到了充分的保护,并且尽量减少了数据冗余,避免了传统开发方式中的全局变量的使用。
最后,以某型双轴混排涡扇发动机为例,在开发的仿真平台上搭建了该型航空发动机的仿真模型,并虚拟了发动机的工作过程以验证组件化航空发动机仿真平台的可行性。
Component-based programming as a feasible method to solve the "software crisis" has been highly valued in recent years. Application based on this method has prominent assembly performance. Programmers can develop their own application expediently by using existing components and their own, and can replace software components to achieve the maintenance and upgrading.
This paper is aimed to create a reusable and expanding-flexibly aero-engine simulation platform. A framework for the simulation platform has been established by using object-oriented analysis and design methods. Engine component and network component using TCP protocol have been built by using object-oriented programming language C + + on the Windows platform based on the existing MFC class library and Microsoft's COM specification standard. In addition, database components have been developed through two types of access ways—ADO and DAO.
Meanwhile, this article has optimized the data in memory use, making simulation data have been fully protected, and minimized the data redundancy, and avoided the use of global variables.
Finally, taking a certain dual-axis mixed turbofan engine for example, a simulation model of this type of aero-engine has been developed on the existing simulation platform, and it has verified the feasibility of the component-based simulation platform of aero-engine by virtual working process of this engine.
本文以建立一个可重用和扩展灵活的航空发动机通用仿真平台为目标,运用面向对象的分析和设计方法,建立了仿真平台框架;采用面向对象编程语言C++,在Windows平台上基于现有的MFC类库,以Microsoft公司的COM规范为标准编写了发动机部件组件,以及使用TCP协议的网络组件,除此之外还开发了基于ADO、DAO两种访问方式的数据库组件。
与此同时,本文重点优化了数据在内存中的使用方式,使得仿真数据得到了充分的保护,并且尽量减少了数据冗余,避免了传统开发方式中的全局变量的使用。
最后,以某型双轴混排涡扇发动机为例,在开发的仿真平台上搭建了该型航空发动机的仿真模型,并虚拟了发动机的工作过程以验证组件化航空发动机仿真平台的可行性。
Component-based programming as a feasible method to solve the "software crisis" has been highly valued in recent years. Application based on this method has prominent assembly performance. Programmers can develop their own application expediently by using existing components and their own, and can replace software components to achieve the maintenance and upgrading.
This paper is aimed to create a reusable and expanding-flexibly aero-engine simulation platform. A framework for the simulation platform has been established by using object-oriented analysis and design methods. Engine component and network component using TCP protocol have been built by using object-oriented programming language C + + on the Windows platform based on the existing MFC class library and Microsoft's COM specification standard. In addition, database components have been developed through two types of access ways—ADO and DAO.
Meanwhile, this article has optimized the data in memory use, making simulation data have been fully protected, and minimized the data redundancy, and avoided the use of global variables.
Finally, taking a certain dual-axis mixed turbofan engine for example, a simulation model of this type of aero-engine has been developed on the existing simulation platform, and it has verified the feasibility of the component-based simulation platform of aero-engine by virtual working process of this engine.
引文
[1]刘大响,金捷. 21世纪世界航空动力技术发展趋势与展望,中国工程科学,2004,v6(9):1-7。
[2] RTOAVT-018. Performance prediction and simulation of gas turbine engine operation[R]. Canada: St. Joseph Ottawa/Hull, 2002.
[3] Koop W. The integrated high performance turbine engine technology program. ISABE 97-7175,1997.
[4] Evans A L, Follen G, Naiman C, et al. Numerical Propulsion System Simulation's National Cycle Program. AIAA-98-3113.
[5] Lytle John, Follen G, Naiman C, et al. NPSS: Numerical Propulsion System Simulation, 1999 Industry Review. NASA TM-2000-209795. NASA Glenn Research Center. October 6-7, 1999.
[6]刘大响,对加快发展我国航空动力的思考.航空动力学报,2001,16(1):1-7。
[7] APTD仿真技术专业专家组.“APTD仿真技术研究近期工作计划”,2003年6月。
[8] NSDP工程模块仿真需求调研报告(NSDP-F-G03)”,西北工业大学数据处理中心,2003年12月。
[9] McKinney, John S. Simulation Of Turbofan Engine Part I: Description of Method and Balancing Technique. AFAPL-TR-67-125-pt.-1, Air Force Aero Propulsion Lab.1967.
[10] Visser W P J and Broomhead M J. GSP: A generic object-oriented gas turbine simulation environment. NLR-TP-2000-267. July 2000.
[11] Visser W P J, Broomhead M J and Vorst J V D. TERTS, a generic real-time gas turbine simulation environment.NLR-TP-2002-069.Feb.2002.
[12] W.J. Vankan, W.F. Lammen. Complementary approximate modeling in Matlab and Modelica. NLR-TP-2004-407. October.2004.
[13] Kurzke J. GasTurb9: A Program to Calculate Design and Off-Design Performance of Gas Turbines, User’s Manual. Avaluable from Http://www.gasturb.de. 2001.
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[15] Goryunov. Automation of design and production of aeronautical equipment: Calculation ofmoisture content influence on parameters of working bodies and processes in the DVIGwT system. Russian Aeronautics. 2006(v49): 83-88.
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[21]丛靖梅,唐海龙,张津.面向对象的双轴混排家里涡扇发动机详细非线性实时仿真模型研究,航空动力学报,2002,17(1):65-68.
[22]刘永文.模块化建模与半物理仿真研究及其在舰船动力装置中的应用,博士学位论文,上海交通大学,2002.
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[27]任志彬,孟光,李防战.基于Modelica和Dymola的航空发动机建模与性能仿真,燃气涡轮实验与研究,2005,11:40-44.
[28]奚旺,刘永文,杜朝辉.基于Modelica语言的燃气涡轮建模及应用,动力工程,2004,02:41-44.
[29]姚祖明.基于构件的航空发动机建模技术研究,硕士学位论文,南京航空航天大学,2007.
[30]谢志武,苏明,翁史烈.可扩展的燃气轮机仿真对象模型,航空动力学报,1999,04:143-147.
[31]李中群.系统仿真及其在航空发动机仿真平台设计中的应用研究,硕士学位论文,西北工业大学,2004.
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