基于MATLAB仿真平台的动力与热管理系统建模及性能分析

随着现在战斗机作战范围的扩展以及高耗能武器的装备,传统的飞机第二动力系统已无法满足需求,飞机第二动力系统向着结构高度集成化、能量高度综合化方向发展。而作为最新型的飞机第二动力系统,动力与热管理系统相对于传统飞机第二动力系统,有着诸多的不同。本文针对这种新型的飞机第二动力系统进行了详细的研究。通过查阅资料,整理出动力与热管理系统的工作原理,并基于Matlab/Simulink平台对动力与热管理系统及其与主发动机耦合系统建立了模型。利用所建立的模型,对动力与热管理系统的工作特性进行了分析,并针对动力与热管理系统与飞机综合匹配问题以及动力与热管理系统的熵产问题进行了研究和优化。首先,本文通过资料整理出动力与热管理系统的工作原理,并基于Matlab/Simulink平台,利用容腔法对动力与热管理系统以及主发动机建立了部件级模型,进而建立动力与热管理系统与主发动机耦合系统的模型。利用所建立的模型,对动力与热管理系统的高度特性和速度特性在内的总体性能进行了分析,对动力与热管理系统的四种工作模式进行了对比,对动力与热管理系统对于主发动机的推力、耗油率、涡轮前温度等影响进行了分析。并基于Matlab/Simulink平台对传统的飞机第二动力系统(APU)建立了模型,进而对动力与热管理系统和传统的飞机第二动力系统(APU)的总体性能进行了对比。其次,本文对动力与热管理系统与飞机综合匹配问题进行了研究。对于动力与热管理系统从主发动机的引气位置以及从主发动机所引气体在不同流路中的分配进行了分析,利用多目标优化方法对动力与热管理系统与飞机综合匹配问题进行了优化,并得到了满意的优化结果。最后,本文基于熵产的能量分析角度对动力与热管理系统进行了研究,对动力与热管理系统的熵产构成、熵产随着飞行状态的变化、部件熵产随着飞行状态的变化等进行了分析,最后通过罚函数法和单纯性法,针对设计点,基于最小熵产角度对动力与热管理系统的部件参数进行了优化。