某航空发动机燃油控制系统附件产品模型验证案例

国内某研究院所利用AMESim软件搭建了航空发动机燃油控制系统某附件产品的性能仿真模型，由于不同产品个体之间的加工误差、装配误差、调整误差以及使用期内产品的性能退化等多种因素的共同影响，使得原先设计时搭建的数学模型无法满足性能监视和故障诊断的精度要求。

本次利用真实采集的试验数据，通过北京安怀信自研的SimV&Ver Math数学模型验模工具软件，对该模型开展验证工作，以提升仿真模型精度，达到稳态误差≯5%，过渡态误差≯10%的工程应用要求。

由于活门的固定结构参数通常与实际的物理结构一一对应，非特殊情况一般不参与验模。经分析，对该模型影响较大的可调参数主要有：

• 节流嘴相关参数，包括直径、流量系数。

• 弹簧腔中的弹簧刚度，一般来说仿真设置值与实际值存在一定差异。

• 活门的型孔，流量系数在模型中通常设为定值，实际不同开度面积下流量系数不一样（0.6~0.9之间）。

此外，对仿真有影响的可调参数还包含控制器参数PID、容积小于100cm3的容积腔。  

图2 原始仿真输出与实测数据对比（左：压差，右：流量）

模型中初步选出来的可修正参数有23个，通过相关性分析和灵敏度分析，从中筛选出10个关键参数。经分析，10个参数均对模型输出有较大影响，且不同位置点压差和流量的参数灵敏度排序有较大差异，故均设为模型的待修正参数。

图3 相关性图

将优化目标设定为不同位置点压差和流量误差最小，对上述关键参数进行自动的迭代修正工作，得到了10个参数的最优解取值。  

图4 优化结果图  

图5 验模后仿真输出与实测数据对比（左：压差，右：流量）  

通过验模，稳态压差误差由20.018%降至1.834%，稳态流量误差由2.601%降至0.001%，过渡态压差最大相对误差由24.395%降至8.472%，过渡态流量最大相对误差仅为6.834%，得到了能满足工程设计分析所需的航空发动机燃油控制系统某附件产品性能模型。

综上，本次验模通过相关性分析和灵敏度分析，找到影响仿真误差的高敏参数，然后利用实测数据，修正高敏参数的取值。经过参数修正，模型的仿真误差明显降低，同时避免了手动调参对研究人员经验的依赖和大量时间的消耗。

利用修正后的高精度模型对该附件产品进行性能分析、故障检测和优化设计，对于降低研制成本、节约研发费用、避免真实试验风险等具有重要意义。