Name: a rapid method for modeling a variable cycle engine
Uploaded: 2019-08-13T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine at JoVE.com

Это исследование было профинансировано фундаментальными исследовательскими фондами для центральных университетов, номер гранта .No. NS2018017.

1. Подготовка перед моделированием
<ol><li>Получите производительность точки проектирования.<ol>
<li>Открытый Gasturb 13. Выберите переменный цикл двигателя.</li>
		<li>Нажмите на основные термодинамики. Выберите дизайн цикла. Открыть DemoVarCyc.CVC.</li>
		<li>Полу...

<ol>
	<li>Bin, L., Min, C., Zhili, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steady+Performance+Investigation+on+Various+Modes+of+an+Adaptive+Cycle+Aero-Engine+[J].">Steady Performance Investigation on Various Modes of an Adaptive Cycle Aero-Engine [J].</a> Propulsion Technology. 34 (8), 1009-1015 (2013).</li><li>Junchao, Z., Min, C., Hailong, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matching+mechanism+analysis+on+an+adaptive+cycle+engine.">Matching mechanism analysis on an adaptive cycle engine.</a> Chinese Journal of Aeronautics. (2), 22 (2017).</li><li>Lyu, Y., Tang, H., Chen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+on+combined+variable+geometries+regulation+of+adaptive+cycle+engine+during+throttling.">A study on combined variable geometries regulation of adaptive cycle engine during throttling.</a> Applied Sciences. 6 (12), 374 (2016).</li><li>Ruffles, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aero+engines+of+the+future.">Aero engines of the future.</a> Aeronautical Journal. 107 (1072), 307-321 (2003).</li><li>Johnson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variable+cycle+engine+developments+at+General+Electric+1955-1995.">Variable cycle engine developments at General Electric 1955-1995.</a> Developments In High-Speed Vehicle Propulsion Systems. , 105-158 (1995).</li><li>French, M., Allen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NASA+VCE+test+bed+engine+aerodynamic+performance+characteristics+and+test+results.">NASA VCE test bed engine aerodynamic performance characteristics and test results.</a> , 1594 (1981).</li><li>Willis, E., Welliver, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variable-cycle+engines+for+supersonic+cruising+aircraft.">Variable-cycle engines for supersonic cruising aircraft.</a> , 759 (1976).</li><li>Allan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+Electric+Company+variable+cycle+engine+technology+demonstrator+programs.">General Electric Company variable cycle engine technology demonstrator programs.</a> , 1311 (1979).</li><li>Keith, B. D., Basu, D. K., Stevens, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+Test+Results+of+Controlled+Pressure+Ratio+Engine+(COPE)+Dual+Spool+Air+Turbine+Rotating+Rig.">Aerodynamic Test Results of Controlled Pressure Ratio Engine (COPE) Dual Spool Air Turbine Rotating Rig.</a> ASME Turbo Expo 2000: Power for Land, Sea, and Air. , V001T003A105-V001T003A105 (2000).</li><li>Johnson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> US Patent. , (2005).</li><li>Vyvey, P., Bosschaerts, W., Fernandez Villace, V., Paniagua, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+an+Airbreathing+Variable+Cycle+Engine.">Study of an Airbreathing Variable Cycle Engine.</a> , 5758 (2011).</li><li>LIU, Z., WANG, Z., HUANG, H., Cai, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+simulation+on+performance+of+variable+cycle+engines.">Numerical simulation on performance of variable cycle engines.</a> Journal of Aerospace Power. 25 (6), 1310-1315 (2010).</li><li>Loftin, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+a+second-generation+supersonic+transport.">Toward a second-generation supersonic transport.</a> Journal of Aircraft. 11 (1), 3-9 (1974).</li><li>Mavris, D. N., Pinon, O. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Complex Systems Design &amp; Management. , 1-25 (2012).</li><li>Reed, J. A., Follen, G. J., Afjeh, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+aircraft+design+process+using+Web-based+modeling+and+simulation.">Improving the aircraft design process using Web-based modeling and simulation.</a> ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation (TOMACS). 10 (1), 58-83 (2000).</li><li>Koenig, R. W., Fishbach, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GENENG:+A+Program+for+calculating+design+and+off-design+performance+for+turbojet+and+turbofan+engines.">GENENG: A Program for calculating design and off-design performance for turbojet and turbofan engines.</a> NASA Technical Note TN. D-6552. , (1972).</li><li>Sellers, J. F., Daniele, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DYNGEN:+A+program+for+calculating+steady-state+and+transient+performance+of+turbojet+and+turbofan+engines.">DYNGEN: A program for calculating steady-state and transient performance of turbojet and turbofan engines.</a> NASA Technical Note TN. D-7901. , (1975).</li><li>Reed, J., Afjeh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+an+interactive+graphical+propulsion+system+simulator.">Development of an interactive graphical propulsion system simulator.</a> The 30th Joint Propulsion Conference and Exhibit in Indianapolis, IN. , (1994).</li><li>Chapman, J. W., Lavelle, T. M., May, R., Litt, J. S., Guo, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Propulsion+System+Simulation+Using+the+Toolbox+for+the+Modeling+and+Analysis+of+Thermodynamic+Systems+(T+MATS).">Propulsion System Simulation Using the Toolbox for the Modeling and Analysis of Thermodynamic Systems (T MATS).</a> , (2014).</li><li>Camporeale, S., Fortunato, B., Mastrovito, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+modular+code+for+real+time+dynamic+simulation+of+gas+turbines+in+simulink.">A modular code for real time dynamic simulation of gas turbines in simulink.</a> Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 128 (3), 506-517 (2006).</li><li>Tsoutsanis, E., Meskin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+performance+simulation+and+control+of+gas+turbines+used+for+hybrid+gas/wind+energy+applications.">Dynamic performance simulation and control of gas turbines used for hybrid gas/wind energy applications.</a> Applied Thermal Engineering. 147, 122-142 (2019).</li><li>Reed, J., Afjeh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+extensible+object-oriented+framework+for+distributed+computational+simulation+of+gas+turbine+propulsion+systems.">An extensible object-oriented framework for distributed computational simulation of gas turbine propulsion systems.</a> , 3565 (1998).</li><li>Muir, D. E., Saravanamuttoo, H. I., Marshall, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Health+monitoring+of+variable+geometry+gas+turbines+for+the+Canadian+Navy.">Health monitoring of variable geometry gas turbines for the Canadian Navy.</a> Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 111 (2), 244-250 (1989).</li></ol>

На основе графической среды моделирования модель уровня VCE может быть быстро построена с помощью модульной иерархической архитектуры и объектно-ориентированной технологии моделирования. Он предлагает дружественный интерфейс для пользователей, и это удобно для анализа и разработки м...

Современные требования к самолетам приносят большие проблемы в двигательную систему,которые нуждаются в более интеллектуальных, более эффективных или даже более универсальных авиационных двигателях 1. Будущие военные двигательные установки также требуют как более высокойтяги на высокой скорости, так и снижения специфического расхода топлива при низкой скорости 1,2,3,4. Для того, чтобы удовлетворить технические требования будущих полетов, General Electric (GE) выдвинул двигатель переменного цикла (VCE) концепции в 19555. VCE - это авиационный двигатель, который может выполнять различные термодинамическиециклы, изменяя размер геометрии или положение некоторых компонентов 6. Lockheed SR-71 "Blackbird" питание от J58 турборематный VCE провел мировой рекорд для самых быстрых воздуходышащих пилотируемых самолетов с 1976 года7. Он также доказал многие потенциальные преимущества сверхзвукового полета. За последние 50 лет GE улучшила и изобрела несколько других VCE, в том числе двойное объезд нос vcE8,двигатель с контролируемым давлением9 и адаптивный цикл двигателя10. Эти исследования включали в себя не только общую структуру и проверку производительности, но и систему управления двигателем11. Эти исследования доказали, что VCE может работать как высокое соотношение шунтирования турбовентилятора на дозвуковом полете и как низкое соотношение объездных турбовентилятор, даже как турбореактивный на сверхзвуковом полете. Таким образом, VCE может реализовать соответствие производительности в различных условиях полета.
При разработке VCE будет проведен большой объем необходимых проверочных работ. Это может стоить большое количество времени и затрат, если все эти работы выполняются физически12. Технология компьютерного моделирования, которая уже была принята в разработке нового двигателя, может не только значительно снизить стоимость, но и избежать потенциальных рисков13,14. На основе технологии компьютерного моделирования цикл разработки двигателя будет сокращен почти вдвое, а количество необходимого оборудования будет значительно сокращено на15. С другой стороны, моделирование также играет важную роль в анализе поведения двигателя и разработке закона контроля. Для моделирования статического дизайна и вне конструкции производительности двигателей, программа под названием GENENG16 была разработана НАСА Льюис исследовательский центр в 1972 году. Затем исследовательский центр разработал DYNGEN17, полученный из GENENG, и DYNGEN мог имитировать преходящую производительность турбореактивных и турбовентиляторных двигателей. В 1989 году НАСА выдвинуло проект под названием «Моделирование цифровой двигательной системы» (NPSS), и призвало исследователей построить модульную и гибкую программу моделирования двигателей с помощью объектно-ориентированного программирования. В 1993 году Джон А. Рид разработал систему моделирования двигателей Turbofan (TESS) на основе платформы системы визуализации приложений (AVS) на основе объектно-ориентированного программирования18.
Между тем, быстрое моделирование на основе графического программирования среды используется постепенно в моделировании. Пакет Toolbox для моделирования и анализа термодинамических систем (T-MATS), разработанный НАСА, основан на платформе Matlab/Simulink. Он является открытым исходным кодом и позволяет пользователям настраивать встроенные библиотеки компонентов. T-MATS предлагает дружественный интерфейс для пользователей, и это удобно для анализа и разработки встроенной модели JT9D19.
В этой статье динамическая модель типа VCE была разработана здесь с использованием программного обеспечения Simulink. Объект моделирования этого протокола представляет собой двойной обход VCE. Его схематическая компоновка показана на рисунке 1. Двигатель может работать как в одиночном, так и в двойном обходном режиме. Когда Mode Select Valve (MSV) открыт, двигатель лучше работает в дозвуковых условиях с относительно большим коэффициентом шунтирования. Когда клапан Mode Select valve закрыт, VCE имеет небольшое соотношение шунтирования и лучшую сверхзвуковую адаптивность миссии. Для дальнейшей количественной оценки производительности двигателя модель двойного обхода VCE построена на основе метода моделирования на уровне компонентов.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Gasturb</td>
			<td>GasTurb GmbH</td>
			<td>Gasturb 13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2017b</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMATS</td>
			<td>NASA</td>
			<td>1.2.0</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a rapid method for modeling a variable cycle engine

Двигатели переменного цикла (VCE), сочетающие в себе преимущества турбовентиляторных и турбореактивных двигателей, широко считаются авиационными двигателями нового поколения. Однако разработка VCE требует больших затрат. Таким образом, при разработке авиационного двигателя необходимо построить математическую модель, которая позволит избежать большого количества реальных испытаний и резко снизить затраты. Моделирование также имеет решающее значение для разработки законодательства в области контроля. В этой статье, основанной на графической среде моделирования, описан быстрый метод моделирования двигателя переменного цикла с двойным обходом с использованием объектно-ориентированной технологии моделирования и модульной иерархической архитектуры. Во-первых, математическая модель каждого компонента построена на основе термодинамического расчета. Затем иерархическая модель двигателя строится с помощью комбинации каждого компонента математической модели и модуля n-R solver. Наконец, в модели проводится статическое и динамическое моделирование, и результаты моделирования доказывают эффективность метода моделирования. Модель VCE, построенная с помощью этого метода, имеет преимущества четкой структуры и наблюдения в реальном времени.

Для того, чтобы доказать достоверность модели моделирования, несколько типичных параметров производительности, выбранных в статических и динамических моделированиясравниваются с данными в Gasturb.
В статическом модели мы сравниваем несколько ключевых параметров произво...

Watch this Scientific Journal Video about A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine at JoVE.com

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

Здесь мы представляем протокол для создания математической модели уровня компонента для движка переменного цикла.

Быстрый метод моделирования двигателя переменного цикла

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...

Этот метод помогает исследователям быстро построить модель авиационного двигателя с существующими данными о двигателе. Это главное преимущество этого метода заключается в том, что не имеет высоких требований к технологии программирования, которые произошли для традиционного моделирования. Перед началом моделирования откройте GasTurb13 и нажмите Basic Thermodynamics.Выберите цикл дизайн и открыть демо переменного цикла. Будут показаны параметры производительности точки конструкции двигателя. Чтобы получить карты компонентов, в главном окне щелкните Off Design, More и стандартные карты.Откройте демо переменный цикл и выберите LPC, IPC, HPC, HPT и LPT. Чтобы смоделировать один компонент двигателя переменного цикла, откройте программу анализа данных и нажмите Simulink. Дважды нажмите на пустую модель и нажмите на библиотеку, чтобы поместить функцию в модель.Функция двойного щелчка. Термодинамическое уравнение компрессора будет описано по принципу работы компрессора. Нажмите на уравнение и вставьте, чтобы получить вход и выход компрессора.Переименуй функциональный компрессор. В окне функции компрессора нажмите правой кнопкой мыши на название функции и выберите подсистему и модельную ссылку и создайте подсистему из выбора, чтобы замаскировать модуль. Когда все компоненты будут смоделированы, объедините выход каждого компонента с вводом следующего компонента.Здесь показаны результаты сравнения в точке проектирования в режиме двойного обхода, указывающие на то, что максимальная погрешность параметров производительности между моделью и GasTurb является коэффициентом давления двигателя ниже 2%Здесь показан результат сравнения в точке проектирования, в режиме одного обхода. В этих условиях максимальная погрешность - скорость вращения вала низкого давления чуть ниже 4%В этом репрезентативном ускорении, торможении моделирования, обработанном в режиме двойного шунтирования, показан вход потока топлива. Эти скорость вращения, поток воздуха и температура до данных турбины показывают, что модель способна выполнять ускорение, торможение моделирования.В этом репрезентативном эксперименте режим работы двигателя переменного цикла был переведен из одного режима обхода в режим двойного обхода за пять секунд, чтобы предотвратить превышение двигателем ограниченной скорости во время процесса переключения, к скорости вращения вала высокого давления применялся единый переменный замкнутый цикл управления. В этом анализе скорость вращения вала высокого давления практически не изменилась во время переключения. Аналогичным образом, можно наблюдать реакцию потока топлива, скорости вращения, воздушного потока и температуры до турбины.Результаты моделирования ускорения, замедления и переключения режима подтверждают, что два динамических моделирования, модель может работать правильно. Важно научиться выбирать конкретное или общее рабочее уравнение, потому что общее рабочее уравнение помогает правильно настроить модель. После этой процедуры могут быть построены другие типы авиационных двигателей или газотурбинных двигателей.

Research

JoVE Journal

Engineering

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats & Spheres

Конвергентные Полировка: Простой, быстрый, полностью открытой диафрагме Полировка Процесс высококачественного оптического Квартиры и сфер

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

Метод для изучения температурной зависимости динамического разрушения и фрагментации

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Электрон Ченнелинг Контрастность изображений для быстрого III-V гетероэпитаксиального Характеристика

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Энергия рентгеновской томографии для 3D Elemental карт индивидуальных наночастицами

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Метод изготовления высокорентабельных Эластичный проводников с серебром Нанопроволоки

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

Стандартизированный метод измерения эффективности сбора из обтирочного выборки взрывчатых веществ трассировки

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Новый метод для<em&gt; Разное</em&gt; Электромеханическая характеристика наноразмерных образцов

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Метод записи широкополосной широкополосной высокой разрешения выбросов спектра лабораторных дуг молнии

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

Экспериментальные методы для спина и угол решены фотоэлектронная спектроскопия, в сочетании с переменной поляризации лазерного

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...