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      PROOSIS航空發動機性能建模仿真

      概述

      PROOSIS(PROPULSION OBJECT-ORIENTED SIMULATION SOFTWARE)是燃氣輪機性能分析工具,它繼承了EcosimPro全部的功能,並根據航空發動機仿真的需求新增了一些功能,如性能圖處理、多點設計工具、約束下設計、使用SAE標準的模型接口等,提供了TURBO工具包,給出了各種類型的燃氣輪機仿真的典型組件。主要用於航空發動機建模仿真。


      PROOSIS產生於歐盟第六框架計劃中的VIVACE航空發動機專項項目,目的是建立一款滿足該項目的合作夥伴在燃氣輪機的性能分析方面主要要求的標準軟件。2008年VIVACE項目完成後,PROOSIS2.0版正式發佈。在歐盟第七框架計劃的CRESCENDO項目中,PROOSIS根據業界(包括空客、斯奈克瑪等)的需求進行了優化,推出了用戶界面、擴展的瞬態求解器、約束下的建模、發動機與飛機模型的集成等新功能。


      目前,PROOSIS被空客、賽峯、羅羅等許多航空公司和發動機公司用於進行先進的發動機配置控制和發動機性能的建模仿真與分析。PROOSIS每年會針對業界的各種新需求推出新的軟件版本,已經成爲航空發動機仿真分析的先進工具。


      產品特性

      多功能性

      PROOSIS能夠進行發動機各種特性的模擬,從特定到通用的系統要求(例如控制,熱,液壓,機械,電氣,熱循環,有機朗肯循環等)。由於PROOSIS是一個多領域仿真平臺,發動機可以獨立仿真,也可以與其它相關係統如控制系統、燃油系統、環控系統、電氣系統等進行聯合仿真。該軟件也能用於模擬固定翼和旋翼航空器的綜合電力系統,並能用於根據任務需求對發動機和飛機的參數進行優化。

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      用戶界面生成和封裝功能

      它具有先進的圖形用戶界面,允許使用標準或定製的 TURBO 組件庫進行模塊化建模。該軟件還具有DECK功能,可能將模型作爲獨立加密模塊(黑匣子)導出。所生成的DECK符合S A E 燃氣輪機標準(ARP4868和AS4191)。外部用戶可以使用DECK進行計算(參數,尺寸,瞬態等)。DECK也可以通過FORTRAN或C / C ++語言集成到其他工具中。


      靈活的模型搭建功能

      燃氣輪機的建模基於TURBO組件庫,TURBO庫基於面向對象技術建立,這使得模型具有良好的通用性和靈活性,可以根據需要擴展新的組件和物理模型。對於不同的發動機結構只需進行簡單的拖拽連線等操作即可完成模型的搭建。

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      性能預測和仿真

      PROOSIS具有在穩態和瞬態條件下對設計點和非設計條件下的燃氣輪機進行各種模擬的能力。軟件還可用於通過參數分析,靈敏度研究和優化來廣泛探索設計搜索空間。需要注意的是,軟件的另外一個重要功能是可以在複雜的附加約束(引擎等級)下執行多點設計計算。


      瞬態特性仿真

      基於強大的求解器,PROOSIS軟件具有先進的瞬態仿真能力。允許模擬航空發動機的各種瞬態操作(包括額定條件的變化、飛行狀態的變化、任務模擬等),能夠包含附加約束以及操作限制。發動機的瞬態模擬還可以集成控制系統,包括進行功率管理和設備保護的各種控制邏輯。


      與其它工程工具的交聯

      PROOSIS的主要功能之一是其內置的與其他工程工具連接的能力。因此,開發的模型可以與其他軟件(例如Matlab/SIMULINK,MS-Excel,ISIGHT,MS-VisualBasic等)相連。此外,PROOSIS模型也可以轉換爲C++代碼,可以在其他C++應用程序中重用。


      分佈式並行仿真

      爲了減少迭代計算的計算時間(例如在使用優化算法進行優化時所需的時間),PROOSIS的一個重要特性就是能夠靈活地設置分佈式並行處理環境。


      先進的求解器

      PROOSIS中可用的內部求解器允許處理剛性或非剛性的動態問題(DASSL,RK4和Adams-Moulton)。代數問題可通過改進的Powell混合方法來解決的。不平等組(條件方程式或限制器)可用於穩態和瞬態模擬。此外,還包括幾個優化解算器,可以進行參數優化,動態優化和系統辨識問題。

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      PROOSIS與EcosimPro的主要區別

       TURBO組件庫:一個具有70多個典型組件的完整組件庫,用於構建航空發動機及其組件的1D性能模型,如壓縮機、渦輪機、軸、熱交換器等。該模型庫以源格式提供,方便用戶根據現有組件進行修改和創建新組件。

       GTE_EXAMPLES庫:包含使用TURBO庫構建的典型引擎配置模型(渦輪噴氣發動機、渦輪風扇等)的說明性庫。包括設計、非設計,瞬態和穩態計算等典型應用。具有複雜應用的使用嚮導,用於創建在幾個工作點(起飛、着陸等)工作的數學設計模型,定義設計變量、閉合方程和不等式等。

       靈敏度分析嚮導:允許用戶在修改其他輸入變量時研究輸出變量的靈敏度。

       用於處理所有壓縮機,渦輪機等的MAP類,以XML格式存儲所有性能數據。壓縮機和渦輪機的行爲可以用BETA和MFT圖進行描述。

       MAP可視化:運行模擬時可以顯示MAP,如在壓縮機性能圖上顯示相應仿真結果(效率,浪涌和轉速線也被繪製)。

       根據“燃氣輪機”的國際標準ARP4868,在動態庫(.dll)中將發動機模型導出爲黑匣子的DECK工具。所生成的DECK可以通過編程(C,C ++,FORTRAN)或可執行文件的方式重新使用。提供所有MAP信息的封裝和加密。

      典型應用領域

      現有的PROOSIS應用庫使它成爲一個應用廣泛的工具。


      發動機性能仿真

      PROOSIS具有用於燃氣輪機系統建模的TURBO庫。它包括在燃氣輪機系統中使用的大部分組件,因此可以模擬複雜配置的航空發動機。基於靈活的面向對象的建模方法允許對現有組件進行擴展和重新定義。與TURBO/PROOSIS一起提供的GTE_EXAMPLE給出了一個可以使用的引擎性能分析工具。


      發動機與飛機系統聯合仿真

      PROOSIS提供的其它相關模型庫使得該軟件可以方便的進行航空發動機與其它相關係統的聯合仿真,如有機朗肯循環ORC、燃油和潤滑油流體迴路及其與其它系統的熱集成、電氣系統(電機、電力電子、電氣網)、環境控制系統等。

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      電廠仿真

      PROOSIS相關的模型庫可以用於各種工業燃氣輪機和發電廠的仿真分析(瞬態、穩態、熱平衡)。


      其它應用

      空間推進系統:環路設計,液體、固體、固液混合火箭發動機的動態仿真與分析;載人航天器的環境控制與生命保障系統;低溫系統:大型低溫裝置的動態仿真分析。

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