航空发动机动态链接库模型建模技术研究.pdf

第 3 8卷 第 2期 2 0 1 2年 4月 航 空发 动 机 Ae r o e n g i n e A p r 2 01 2 航空发动机动态链接库模 建模技术研究 俞 明帅 ， 黄金泉 ( 南京航空航天大学 能源与动力学院， 南京 2 1 0 0 1 6 ) 俞明帅( 1 9 8 8 ) ， 男， 在读硕士研究生， 主要研究方向为航空发动机建模。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 0 2 5 摘要：针对 目前航空发动机组态建模软件不能输出用户所搭建模型的局限性， 设 计 了与组态建模 软件相 匹配的通用发 动机 动态链接 库模 型框 架 ，并将用户在组态建模 软件上录入的模 型信 息输 出为 1 个配置文件 ，加载该 动态链接 库模 型和配置文件进 行 发动机仿真， 仿真结果与采用组态建模软件所得到的结果一致。 通过该方法实现了输出 组态建模软件 中模型的功能， 输出的模型可用于发动机数控系统的设计等工作中。 关键词： 动态链接库； 航空发动机； 建模技术 S t u d y o f D y n a mi c L i n k L i b r a r y( DL L ) Mo d e l i n g T e c h n o l o g y f o r Ae r o e n g i n e Y u Mi n g s h u a i HUA NG J i n q u a n ( Co n e g e o f E n e r g y a n d P o we r E n g i n e e r i n g ， Na n j i n g Un i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ai mi n g a t l i mi t a t i o n t h at mo d e l c a n n o t b e o u t p u t b y a e r o e n g i n e c o n fi g u r a t i o n mo d e l i n g s o f t w a r e t h e d y n a mi c l i n k l i b r a r y mo d e l i n g f r a me o f g e n e r a l a e r o e n g i n e wa s d e s i g n e d ，wh i c h ma t c h e d wi t h c o n fi g u r a t i o n mo d e l i n g s o f t wa r e T h e mo d e l i n g i n f o r ma t i o n r e c e i v e d b y t he s o f t wa r e f r o m u s e r was o ut pu t a s a c o nfi gu r a t i o n fi l e DLL mo d e l a n d c o nfi gu r a t i o n fil e mo d e l we r e l o a d e d f or a e r o en g i ne s i mu l a ti o n T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s c o n f o r ma n c e t o t h a t o b t a i n e d wi t h c o n fi g u r a t i o n mo d e l i n g s o f t wa r e Th e f u n c ti o n o f o u t p u t c o n fi g u r a t i o n mo d e l i n g s o f t wa r e i s rec e i v e d b y t h i s wa y ， wh i c h c a n b e u s e d i n t h e e n g i n e d i g i t a l c o n t r o l s y s t e m Ke y wor d s ： d y n a mi c l i n k l i b r a r y ； a e r o e n g i n e ； mo d e l i n g t e c h n o l o g y 0 引言 由于具有 可重用性 、 继承性等优点 ， 面 向对象建 模技术逐渐成为航空发动机仿真领域的主流技术【 。 2 1 世纪后 ，航空发动机建模 的最新发展趋势是通过 图形界面组态 的方式 ， 而非编程 的方式 ， 选择 、 配置 、 装配和使用那些封装好 的 、 可替换 的功能模块 ， 来快 速灵活地搭建结构合理 的发动机模型进行仿真 。 文 献 5 】 设计 的航空发动机组态建模软件 ， 可以通过图形 界面操作 的形式方便地 进行多种类型发动机 的建模 及仿真 ， 但不能将用户所搭建 的模型输出。 本文基于文献【 5 】 设计 的航空发动机组态建模软 件 ， 研究了输 出组态模 型的方法 ， 即采用配置文件来 定制通用发动机动态链接库 ( D y n a mi c L i n k L i b r a r y ， D L L ) 模型 ， 设计 了通用发动机 D L L模 型的框架结构 和组态建模软件生成配置文件的方法 。 通过算例 的仿 真结果可以看出，同时加载通用发动机 DL L模型与 配置文件进行仿真 ， 可以得到与组态建模软件一致的 结果 ， 从而实现 了输 出组态模型的功能。 1 组态建模软件 从使用角度看 ， 航空发动机组态建模软件可以分 为前台模型组态环境与后 台模型运行环境 2部分。 在 前台模型组态环境中， 用户通过拖放部件 图标库并连 线的方式组建发动机模型， 在部件属性页上录入设计 点参数 、 部件特性 、 算法选择 ， 以及将用户搭建的模型 连同参数设置存储为 1 个项 目文件 ， 以便于下次直接 载人。在后台模型运行环境中， 软件对用户组建的发 动机模型进行编译 ， 判断其类型 ， 并将其装入 内存 ， 进 行稳态与动态工作点求解 。从开发角度看 ， 组态建模 软件分为以下 4个模块 ： 部件模型库 、 图形界面系统 、 运行管理系统和数据库 系统。软件采用基于 C O M技 万方数据 航空发动机 第 3 8 卷 术的开发方法 为典型的航空发动机部件设计 了组件 模型 ， 包含部件算法与规范的接 口函数 ， 构成了部件 库 。 软件的图形界面系统负责处理用户与软件之间的 交互操作。 运行管理模块主要来求解模型的稳态与动 态工作点 。 数据库系统则分为实时数据库与历史数据 库 ，分别处理模 型运行时产生 的实时数据与过期数 据。 目前的组态建模软件主要用于航空发动机建模研 究， 为扩展软件的功能， 使组态模型能够支持发动机 数控系统的设计等工作 ， 有必要研究输 出组态建模软 件模型的方法 。 2 组态建模软件输出模型方法 现有的组态建模软件是在 V C + + 6 0语言编译 环 境下 ， 基于微软的 MF C类库开发出来的应用程序 ， 自 身并不具备生成 D L L文件 的能力。为了解决这个问 题 ， 可以采用 2种方法 ： ( 1 ) 直接生成 D L L文件 ， 需要 研究 V C等 I D E编程环境生成动态链接库 的机理 ， 因 此对编程人员要求极高 ， 费时费力 ； ( 2 ) 采用配置文件 来配置通用发动机 D L L模型 ，需要开发与组态建模 软件相匹配的通用发动机 D L L模型 ，通过配置文件 将二者联系起来 ， 此方法可行。 2 1 采用配置文件定制通 用发动机 D L L模型 分析具有一定通用性航空发动机模型的特点 ， 将 发动机的输入参数如设计点参数 、 部件特性等独立出 来 ， 针对具有相同结构、 不 同型号的发动机建模 ， 只需 设定不 同的输入参数值。 通用性对于组态建模软件显 得更为重要， 因为不仅要考虑具有相同结构、 不同型 号 的发动机建模 ，而且要考虑不同结构的发动机建 模 。同样地 ， 通用发动机动态链接库模型要实现多种 类型发动机的建模 ， 则其发动机结构类型 、 设计点参 数和部件特性等参数在被配置文件指定之前 ， 都必须 是未知的。 用户使用组态建模软件建立某型发动机模型 ， 其 实质是通过在程序界面拖放部件图标并连线 的方式 ， 指定发动机结构类型 ，然后通过各部件的属性页窗 口， 来指定部件 的设 计点参数与特性 ， 以及某些算法 选择 ， 只要模型结构合理 ， 且设计 点与部件特性等参 数正确 ， 就可以进行模型仿真 。 因此 ， 建模人员与组态 建模软件所交互的主要 内容也就是发动机的结构类 型 、 设计点参数 、 部件特性 以及算法选择等参数 ， 如果 要实现将用户所搭建的模型输出， 在本质上其实是输 出这些参数 ， 也就是模型配置文件。有 了模 型配置文 件 ， 再配合通用发动机模型算法 ， 就可以得到与组态 建模软件一致的结果。组态建模软件 、 配置文件与通 用发动机 D L L 模型框架的关系如图 1 所示。 飘函 陋丽 l 糕 竺 兰 兰 竺 ： J 图 1 组态建模软件、 配置文件、 通用发动机 DL L 模型的关 系 2 2 通用发动机 D L L模型框架 由于本文所设计的通用发动机模型是 1 个动态 链接库文件 ， 没有界面操作 ， 因此在程序结构上没有 组态建模软件的复杂 。采用经典 的面向对象编程方 法 ， 将典型的发动机部件模型与发动机模 型设计为相 应的类， 从而通用发动机动态链接库模型框架主要由 部件模型类库 、 发动机模 型类库 、 辅助功能类库 以及 接 口函数组成 ， 其结构如图 2所示 。 发动 王 鲞 l 丽 I 机类库 父 类库 翥 荔 婆 l 婆 l 篓 l 爨 辅助功能类厍 图 2 通 用发动机 DL L 模型框架结构 部件模 型类库是整个 D L L模型框架 的基础 ， 框 架中不 同形式发动机模型所包含 的部件均来 自部件 模型类库 。与组态建模软件的部件模型库相对应 ， 通 用发动机 D L L模 型部件类 库也具有 9个典 型部件 类 ， 即进气道类 、 风扇类 、 压气机类 、 燃烧 室类 、 涡轮 类 、 外涵道类 、 混合室类 、 加力燃烧室类和尾喷管类 。 各部件类具有相似的成员函数 I - a d D e s i g n 0 和 R u n 0 ， 其功能分别是读取模型配置文件 中属于该部件 的设 计点参数、 部件特性、 算法选择等， 然后计算设计点修 正系数与根据进 口参数进行 1 次部件运算 ， 这里要求 R u n 0 函数所包含的部件算法要与组态建模软件 中的 部件算法相同， 以保证计算结果一致。 发动机模型类库是整个 D L L模 型框架 的核心 ， 库中的具体发动机模型负责组织其各部件的沿程运 算 ， 并求解稳态与动态工作点。发动机模型类库是专 为通用发动机 D L L模型框架设计 的，组态建模软件 万方数据 第 2 期 俞明帅等 ： 航空发动机动态链接库模型建模技术研究 2 1 中并没有相对应的发动机模 型库。 虽然组态建模软件 可以支持多种类型发动机的建模 ， 但是其内部并不存 在某种具体结构的发动机模型 ， 而是要根据用户在软 件界 面上拖放的部件类型 、 个数以及连接顺序来确定 发动机类型 ， 因此 ， 组态建模软件有 1 套与前 台图形 组态系统相配套 的判断机制 。 由于所设计的通用发动 机 D L L模 型不需要程序界面，因此考虑将组态建模 软件能够支持的所有类型 的发动机模型算法 固化为 发动机模型类库 ，配置文件指定了发动机类型后 ， 直 接生成发动机模型类库中的某种