● 摘要
随着航空发动机性能的不断提高，关键安全件承受的复杂载荷成为导致发动机危险性失效的主要因素。将航空发动机性能模型和空气系统模型分别独立求解的传统方法不能预测发动机主流气路和内流空气系统之间的动态交互作用，给发动机过渡态载荷分析带来显著的误差。
本文提出了将空气系统网络“部件化”的基本思路，在传统部件法中引入有向无环图的基本理论，建立了空气系统网络的部件法等效模型，提出了适用于多支路交叉和多元部件特性流体网络的建模和求解机制，克服了传统部件法无法适用于多支路交叉流路的弊端，形成了航空发动机全流域通用的仿真和建模方法，开发了仿真程序，实现了发动机主流道气路和空气系统耦合仿真。
针对三种典型的空气系统基础流路结构，即串联流路、对称并联流路、非对称并联流路分别建立验证算例。其中，稳态算例以网络法模型为对比基准验证其等效性，瞬态算例以三维CFD仿真结果为对比基准验证其合理性。结果表明：本文构建的部件法空气系统基础流路模型，在稳态仿真中具有与网络法等效的计算精度，在瞬态仿真中能够反映空气系统的基本动态特征。
整机级仿真算例以某型单轴涡喷发动机为对象，构建了空气系统模型以及发动机全流域仿真模型，并在稳态和瞬态条件下，以传统性能模型计算结果和台架实验数据为基准，对全流域仿真模型的计算结果进行对比分析。结果表明：发动机主流道与空气系统的动态交互作用对发动机性能参数的影响有限，却显著影响空气系统工作参数，是瞬态空气系统仿真必须考虑的重要因素。本文提出的全流域通用的改进部件法可作为航空发动机过渡态载荷分析研究的参考。