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PROOSIS航空发动机性能建模仿真

概述

PROOSIS(PROPULSION OBJECT-ORIENTED SIMULATION SOFTWARE)是当前国际领先的燃气轮机性能分析工具,它继承了EcosimPro全部的功能,并根据航空发动机仿真的需求新增了一些功能,如性能图处理、多点设计工具、约束下设计、使用SAE标准的模型接口等,提供了TURBO工具包,给出了各种类型的燃气轮机仿真的典型组件。主要用于航空发动机建模仿真。


PROOSIS产生于欧盟第六框架计划中的VIVACE航空发动机专项项目,目的是建立一款满足该项目的合作伙伴在燃气轮机的性能分析方面主要要求的标准软件。2008年VIVACE项目完成后,PROOSIS2.0版正式发布。在欧盟第七框架计划的CRESCENDO项目中,PROOSIS根据业界(包括空客、斯奈克玛等)最新的需求进行了优化,推出了用户界面、扩展的瞬态求解器、约束下的建模、发动机与飞机模型的集成等新功能。


目前,PROOSIS被空客、赛峰、罗罗等许多航空公司和发动机公司用于进行先进的发动机配置控制和发动机性能的建模仿真与分析。PROOSIS每年会针对业界的各种新需求推出新的软件版本,已经成为国际公认的航空发动机仿真分析的最先进工具。


产品特性

多功能性

PROOSIS能够进行发动机各种特性的模拟,从特定到通用的系统要求(例如控制,热,液压,机械,电气,高级热循环,有机朗肯循环等)。由于PROOSIS是一个多领域仿真平台,发动机可以独立仿真,也可以与其它相关系统如控制系统、燃油系统、环控系统、电气系统等进行联合仿真。该软件也能用于模拟固定翼和旋翼航空器的综合电力系统,并能用于根据任务需求对发动机和飞机的参数进行优化。

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用户界面生成和封装功能

它具有先进的图形用户界面,允许使用标准或任何定制的 TURBO 组件库进行模块化建模。该软件还具有非常先进的DECK功能,可能将模型作为独立加密模块(黑匣子)导出。所生成的DECK符合国际S A E 燃气轮机标准(ARP4868和AS4191)。外部用户可以使用DECK进行任何计算(参数,尺寸,瞬态等)。DECK也可以通过FORTRAN或C / C ++语言集成到其他工具中。


灵活的模型搭建功能

燃气轮机的建模基于TURBO组件库,TURBO库基于面向对象技术建立,这使得模型具有良好的通用性和灵活性,可以根据需要扩展新的组件和物理模型。对于不同的发动机结构只需进行简单的拖拽连线等操作即可完成模型的搭建。

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性能预测和仿真

PROOSIS具有在稳态和瞬态条件下对设计点和非设计条件下的燃气轮机进行各种模拟的能力。软件还可用于通过参数分析,灵敏度研究和优化来广泛探索设计搜索空间。需要注意的是,软件的另外一个重要功能是可以在复杂的附加约束(引擎等级)下执行多点设计计算。


瞬态特性仿真

基于强大的求解器,PROOSIS软件具有先进的瞬态仿真能力。允许模拟航空发动机的各种瞬态操作(包括额定条件的变化、飞行状态的变化、任务模拟等),能够包含附加约束以及操作限制。发动机的瞬态模拟还可以集成控制系统,包括进行功率管理和设备保护的各种控制逻辑。


与其它工程工具的交联

PROOSIS的主要功能之一是其内置的与其他工程工具连接的能力。因此,开发的模型可以与其他软件(例如Matlab/SIMULINK,MS-Excel,ISIGHT,MS-VisualBasic等)相连。此外,PROOSIS模型也可以转换为C++代码,可以在其他C++应用程序中重用。


分布式并行仿真

为了减少迭代计算的计算时间(例如在使用优化算法进行优化时所需的时间),PROOSIS的一个重要特性就是能够灵活地设置分布式并行处理环境。


先进的求解器

PROOSIS中可用的内部求解器允许处理刚性或非刚性的动态问题(DASSL,RK4和Adams-Moulton)。代数问题可通过改进的Powell混合方法来解决的。不平等组(条件方程式或限制器)可用于稳态和瞬态模拟。此外,还包括几个优化解算器,可以进行参数优化,动态优化和系统辨识问题。

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PROOSIS与EcosimPro的主要区别

 TURBO组件库:一个具有70多个典型组件的完整组件库,用于构建航空发动机及其组件的1D性能模型,如压缩机、涡轮机、轴、热交换器等。该模型库以源格式提供,方便用户根据现有组件进行修改和创建新组件。

 GTE_EXAMPLES库:包含使用TURBO库构建的典型引擎配置模型(涡轮喷气发动机、涡轮风扇等)的说明性库。包括设计、非设计,瞬态和稳态计算等典型应用。具有复杂应用的使用向导,用于创建在几个工作点(起飞、着陆等)工作的数学设计模型,定义设计变量、闭合方程和不等式等。

 灵敏度分析向导:允许用户在修改其他输入变量时研究任何输出变量的灵敏度。

 用于处理所有压缩机,涡轮机等的MAP类,以XML格式存储所有性能数据。压缩机和涡轮机的行为可以用BETA和MFT图进行描述。

 MAP可视化:运行模拟时可以显示MAP,如在压缩机性能图上显示相应仿真结果(效率,浪涌和转速线也被绘制)。

 根据“燃气轮机”的国际标准ARP4868,在动态库(.dll)中将任何发动机模型导出为黑匣子的DECK工具。所生成的DECK可以通过编程(C,C ++,FORTRAN)或可执行文件的方式重新使用。提供所有MAP信息的封装和加密。

典型应用领域

现有的PROOSIS应用库使它成为一个应用非常广泛的工具。


发动机性能仿真

PROOSIS具有用于燃气轮机系统建模的TURBO库。它包括在任何燃气轮机系统中使用的大部分组件,因此可以模拟任何复杂配置的航空发动机。基于灵活的面向对象的建模方法允许对现有组件进行扩展和重新定义。与TURBO/PROOSIS一起提供的GTE_EXAMPLE给出了一个可以使用的引擎性能分析工具。


发动机与飞机系统联合仿真

PROOSIS提供的其它相关模型库使得该软件可以方便的进行航空发动机与其它相关系统的联合仿真,如有机朗肯循环ORC、燃油和润滑油流体回路及其与其它系统的热集成、电气系统(电机、电力电子、电气网)、环境控制系统等。

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电厂仿真

PROOSIS相关的模型库可以用于各种工业燃气轮机和发电厂的仿真分析(瞬态、稳态、热平衡)。


其它应用

空间推进系统:环路设计,液体、固体、固液混合火箭发动机的动态仿真与分析;载人航天器的环境控制与生命保障系统;低温系统:大型低温装置的动态仿真分析。

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