本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中飛行環(huán)境模擬，公開(kāi)了一種飛行軌跡連續(xù)模擬綜合數(shù)字仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)渡態(tài)特性和多任務(wù)剖面飛行軌跡工作特性，勢(shì)必將成為當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制及其空中模擬試驗(yàn)研究的重點(diǎn)關(guān)切和難點(diǎn)。如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)多任務(wù)剖面飛行環(huán)境的連續(xù)模擬和試驗(yàn)研究，則可以提前在地面上反映發(fā)動(dòng)機(jī)空中工作特性尤其是作戰(zhàn)能力和效能。發(fā)動(dòng)機(jī)在空中復(fù)雜任務(wù)剖面運(yùn)行過(guò)程中，其部件性能、工作穩(wěn)定性、共同工作特性、燃燒特性及結(jié)構(gòu)間隙等都將隨飛行環(huán)境條件的改變而變化，空中工作環(huán)境的連續(xù)變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和特性會(huì)產(chǎn)生顯著影響，連續(xù)復(fù)雜的飛行任務(wù)剖面只能在連續(xù)變化的飛行環(huán)境條件下進(jìn)行模擬試驗(yàn)考核和驗(yàn)證。

2、飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行高度和馬赫數(shù)的關(guān)鍵試驗(yàn)設(shè)備，系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的優(yōu)劣直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)模擬試驗(yàn)的置信度，相關(guān)控制技術(shù)是試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)中極具特色和代表性的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)程的加劇，對(duì)多任務(wù)剖面飛行軌跡連續(xù)模擬提出了明確的任務(wù)需求。為了在全飛行包線范圍內(nèi)摸索發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和工作邊界，環(huán)境模擬系統(tǒng)需要在一定時(shí)間跨度、特定來(lái)流條件下按照特定的飛行軌跡進(jìn)行高度和馬赫數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，為被試發(fā)動(dòng)機(jī)提供空中工作狀態(tài)相匹配的進(jìn)排氣環(huán)境條件，更加真實(shí)有效地模擬發(fā)動(dòng)機(jī)空中連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。

3、相比于特定工況試驗(yàn)點(diǎn)下的空中模擬試驗(yàn)，在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行空中多任務(wù)剖面飛行軌跡連續(xù)模擬試驗(yàn)時(shí)，飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)各投運(yùn)設(shè)備間的匹配要求更為苛刻、各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)聯(lián)程度更為復(fù)雜、多系統(tǒng)間安全運(yùn)行要求更高、系統(tǒng)多變量控制難度更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種飛行軌跡連續(xù)模擬綜合數(shù)字仿真系統(tǒng)及方法，能夠確保任務(wù)能夠由當(dāng)前試驗(yàn)臺(tái)能力條件下安全試車完成飛行軌跡模擬仿真。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種飛行軌跡連續(xù)模擬綜合數(shù)字仿真方法，包括

4、獲取發(fā)動(dòng)機(jī)飛行軌跡任務(wù)，并對(duì)所述飛行軌跡任務(wù)進(jìn)行分解，生成飛行任務(wù)剖面；

5、獲取任務(wù)剖面網(wǎng)格點(diǎn)中的目標(biāo)任務(wù)參數(shù)，每個(gè)所述網(wǎng)格點(diǎn)的所述目標(biāo)任務(wù)參數(shù)包括目標(biāo)氣體壓力、目標(biāo)氣體溫度以及目標(biāo)質(zhì)量流量；

6、根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)，構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)任務(wù)可達(dá)點(diǎn)的集合，所述任務(wù)可達(dá)點(diǎn)集合包括試驗(yàn)臺(tái)能提供的氣體壓力、氣體溫度以及氣體質(zhì)量流量組合集；

7、采用可達(dá)集評(píng)估方法和最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型評(píng)估試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面的匹配能力；

8、若能力匹配，則根據(jù)所述任務(wù)剖面生成對(duì)應(yīng)的空中模擬控制指令，對(duì)飛行軌跡進(jìn)行連續(xù)模擬，否則調(diào)整任務(wù)剖面或優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置，直至試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面相匹配。

9、進(jìn)一步地，采用可達(dá)集評(píng)估方法和最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型評(píng)估試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面的匹配能力的方法包括：

10、以任務(wù)剖面上所有網(wǎng)格點(diǎn)的所述目標(biāo)任務(wù)參數(shù)為輸入，通過(guò)基于可達(dá)時(shí)間的最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型，分析獲得任務(wù)可達(dá)優(yōu)化集；

11、分析獲得任務(wù)剖面所有網(wǎng)格點(diǎn)到任務(wù)可達(dá)點(diǎn)集合的豪斯多夫距離；

12、若所述豪斯多夫距離小于等于預(yù)設(shè)閾值，則表示在任務(wù)可達(dá)終端時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面相匹配，否則試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面不匹配。

13、進(jìn)一步地，基于可達(dá)時(shí)間的最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型為，其中為輸入狀態(tài)，，為試驗(yàn)臺(tái)輸出氣流壓力，試驗(yàn)臺(tái)輸出氣流溫度，為試驗(yàn)臺(tái)輸出氣流質(zhì)量流量，為時(shí)刻輸入狀態(tài)的微分，為試驗(yàn)臺(tái)容腔壓力，為試驗(yàn)臺(tái)容腔溫度，為微分符號(hào)，為輸出可達(dá)點(diǎn)，且，為可達(dá)時(shí)間內(nèi)的狀態(tài)序列，為初始輸出狀態(tài)，為初始輸入狀態(tài)，為時(shí)刻滿足系統(tǒng)輸入約束的可行輸入集合，為滿足輸入約束的下限，為滿足輸入約束的上限，為代價(jià)函數(shù)，為任務(wù)可達(dá)終端時(shí)間，為任務(wù)可達(dá)終端狀態(tài)，為網(wǎng)格點(diǎn)，，其中為目標(biāo)氣體壓力，為目標(biāo)氣體溫度，為目標(biāo)氣體質(zhì)量流量。

14、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明還提供了一種飛行軌跡連續(xù)模擬綜合數(shù)字仿真系統(tǒng)，包括

15、任務(wù)分解模塊，用于獲取發(fā)動(dòng)機(jī)飛行軌跡任務(wù)，并對(duì)所述飛行軌跡任務(wù)進(jìn)行分解，生成飛行任務(wù)剖面；

16、目標(biāo)任務(wù)獲取模塊，用于獲取任務(wù)剖面網(wǎng)格點(diǎn)中的目標(biāo)任務(wù)參數(shù)，每個(gè)所述網(wǎng)格點(diǎn)的所述目標(biāo)任務(wù)參數(shù)包括目標(biāo)氣體壓力、目標(biāo)氣體溫度以及目標(biāo)質(zhì)量流量；

17、任務(wù)可達(dá)點(diǎn)集合構(gòu)建模塊，用于根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)，構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)任務(wù)可達(dá)點(diǎn)集合，所述任務(wù)可達(dá)點(diǎn)集合包括試驗(yàn)臺(tái)能提供的氣體壓力、氣體溫度以及氣體質(zhì)量流量組合集；

18、評(píng)估模塊，用于采用可達(dá)集評(píng)估方法和最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型評(píng)估試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面的匹配能力；

19、飛行軌跡模擬模塊，用于在試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面相匹配時(shí)，則根據(jù)所述任務(wù)剖面生成對(duì)應(yīng)的空中模擬控制指令，對(duì)飛行軌跡進(jìn)行連續(xù)模擬。

20、進(jìn)一步地，所述評(píng)估模塊包括：

21、優(yōu)化單元，用于以任務(wù)剖面上所有網(wǎng)格點(diǎn)的所述目標(biāo)任務(wù)參數(shù)為輸入，通過(guò)基于可達(dá)時(shí)間的最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型，分析獲得任務(wù)可達(dá)優(yōu)化集；

22、分析單元，用于分析獲得任務(wù)剖面所有網(wǎng)格點(diǎn)到任務(wù)可達(dá)點(diǎn)集合的豪斯多夫距離；

23、比較判別單元，用于比較所述豪斯多夫距離與預(yù)設(shè)閾值的大小，若所述豪斯多夫距離小于等于預(yù)設(shè)閾值，則表示在任務(wù)可達(dá)終端時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面相匹配，否則試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面不匹配。

24、進(jìn)一步地，所述優(yōu)化單元中，基于可達(dá)時(shí)間的最優(yōu)化思想網(wǎng)絡(luò)投影映射模型為，其中為輸入狀態(tài)，，為試驗(yàn)臺(tái)輸出氣流壓力，試驗(yàn)臺(tái)輸出氣流溫度，為試驗(yàn)臺(tái)輸出氣流質(zhì)量流量，為時(shí)刻輸入狀態(tài)的微分，為試驗(yàn)臺(tái)容腔壓力，為試驗(yàn)臺(tái)容腔溫度，為微分符號(hào)，為輸出可達(dá)點(diǎn)，且，為可達(dá)時(shí)間內(nèi)的狀態(tài)序列，為初始輸出狀態(tài)，為初始輸入狀態(tài)，為時(shí)刻滿足系統(tǒng)輸入約束的可行輸入集合，為滿足輸入約束的下限，為滿足輸入約束的上限，為代價(jià)函數(shù)，為任務(wù)可達(dá)終端時(shí)間，為任務(wù)可達(dá)終端狀態(tài)，為網(wǎng)格點(diǎn)，，其中為目標(biāo)氣體壓力，為目標(biāo)氣體溫度，為目標(biāo)氣體質(zhì)量流量。

25、進(jìn)一步地，還包括仿真演示模塊，用于對(duì)飛行軌跡模擬模塊生成的飛行軌跡進(jìn)行連續(xù)模擬仿真效果的動(dòng)態(tài)演示。

26、進(jìn)一步地，所述仿真演示模塊包括馬赫數(shù)和高度指令顯示單元、油門桿開(kāi)度顯示單元、發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量流量顯示單元、進(jìn)氣系統(tǒng)仿真顯示單元、排氣系統(tǒng)顯示單元。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具備的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)預(yù)先驗(yàn)證任務(wù)剖面與試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置的匹配性，若能力匹配則根據(jù)所述任務(wù)剖面生成對(duì)應(yīng)的空中模擬控制指令，對(duì)飛行軌跡進(jìn)行連續(xù)模擬，否則調(diào)整任務(wù)剖面或優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置，直至試驗(yàn)臺(tái)供/抽氣資源配置與任務(wù)剖面相匹配，確保任務(wù)能夠由當(dāng)前試驗(yàn)臺(tái)能力條件下安全試車完成飛行軌跡模擬仿真，以及確保能為被試發(fā)動(dòng)機(jī)提供空中工作狀態(tài)相匹配的進(jìn)排氣環(huán)境條件，從而更加真實(shí)有效地模擬發(fā)動(dòng)機(jī)空中連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。