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"學科匹配
可靠的計算仿真必須包括有效的多學科匹配。在對動態(tài)現(xiàn)象進行多學科仿真時，必須考慮與動態(tài)現(xiàn)象各個方面有關的時間比例。在發(fā)動機相互作用的現(xiàn)象中，諸如喘振、失速、顫振、部件和系統(tǒng)動態(tài)特性、低循環(huán)疲勞和高循環(huán)疲勞以及著陸和起飛工作狀態(tài)等現(xiàn)象發(fā)生的時間間隔變化很大。多學科仿真的計算機程序和時間周期必須和這些時間比例的大范圍變化相協(xié)調(diào)。
對于推進系統(tǒng)部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)來說，有多種用于匹配學科變量的方法。例如，學科間有序的迭代、專門導出的系統(tǒng)矩陣和基本方程水平上的匹配。
在開行的多學科方程組中，跨學科之間的匹配用匹配關系式表示。關系式中的系數(shù)確定某一學科中的某特定變量與相關學科中各個相應變量的匹配，匹配關系的敏感性大小反映了某一學科對相關學科影響的程度。為了強化計算仿真，應規(guī)定匹配度的范圍、確定相互作用的學科、確定時間 空間比例、求解過程中選定弱影響學科的時間 空間比例、確定求解策略及加強收斂準則。
為了確定敏感性關系，可以采用直接推斷法（單一學科方法和專家觀點），漸進估算法
（優(yōu)化技術和神經(jīng)網(wǎng)絡細化敏感性矩陣）和匹配公式（從基本公式導出的用于多學科的公式）。仿真計算中，要確定關鍵匹配項，計算它們的空間 時間比例分辨率，綜合作用和動態(tài)作用的分布。還包括多學科有限元和邊界元、自適應超單元、有限差分 有限元交混方程、模型元、從動有限元、匹配矩陣生成器、綜合分析器、數(shù)據(jù)存儲和檢索系統(tǒng)、可變比例集成器和局部 整體（整體 局部）的目標移近變化的細化，以及量化可靠性和風險的概率和統(tǒng)計法。 "航空發(fā)動機的數(shù)值仿真在先進高性能發(fā)動機研制中，大規(guī)模的仿真是評定各部件一體化（如進氣道與發(fā)動機的一體化）的惟一途徑。因為試驗的費用是極其昂貴的。 %&’’系統(tǒng)包括三個主要部分，即工程模型、仿真環(huán)境和高性能計算。這種發(fā)動機仿真系統(tǒng)需要下列先進技術：
符合有關要求的建模技術和數(shù)據(jù)，如氣動力學、結(jié)構、傳熱、燃燒、聲學、控制及材料
等。 "在一些合適的仿真保真度水平上將各子系統(tǒng)和各部件耦合在一起的建模技術。 為建模而編寫的面向?qū)ο蟮能浖?為了執(zhí)行并行計算，將大量來源不同的分布式計算平臺結(jié)合在一起的便攜式、可升
級且可靠的計算軟件。（(）工程模型工程模型能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模子系統(tǒng)和系統(tǒng)仿真的部件一體化，通過多學科耦合尋求它們之間的內(nèi)在聯(lián)系以及進行可變復雜性分析。
零部件集成是了解各部件間的，相互影響所必需的。有兩條途徑解決零部件間的相互影響的問題：其一，建立一個不同仿真程序間的接口標準；其二，使用一個分析程序來執(zhí)行較大規(guī)模的仿真。后一種方法要求把解決不同問題的程序（如葉尖間隙流動、紊流和燃燒等）集成在一個程序中，并同步運行，以減少總分析時間。
例如，采用 )&%)’)程序能夠進行一個孤立葉片到單排葉片到整臺壓氣機的仿真，所用時間少于 *+。對整臺壓氣機仿真時用 (個節(jié)點、運行狀態(tài)包括多條速度線，每條線上 •(*,•
個工作點，這種仿真能力可以從一個零部件擴大到一個完整子系統(tǒng)，如將風扇一增壓級一核心機、混合器一尾噴管、進氣道一風扇結(jié)合在一起用一組工作站進行仿真，所用時間不超過 "。
同樣，對燃燒室的高精度仿真要求處理周期短、建立數(shù)據(jù)的預處理和后處理。預處理由非結(jié)構網(wǎng)絡組成，建立燃燒室模型，包括幾何形狀非常復雜的旋流器和噴嘴。后處理是把三維流體計算的數(shù)據(jù)簡化為一些設計參數(shù)，從而使設計者應用這些參數(shù)去評估發(fā)動機性能。
（%）多學科耦合
發(fā)動機所發(fā)生的過程涉及多學科，對這些過程仿真必須考慮這些學科的內(nèi)在聯(lián)系。例如，對壓氣機效率和穩(wěn)定性仿真必須考慮氣動力、結(jié)構和熱載荷對壓氣機幾何尺寸（如機匣、葉型和葉尖間隙等）變化的影響。
在 &’((中，處理多學科動態(tài)相互作用和影響的方法有三種： 松散耦合，這是按次序逐個連接的方法。一個程序完成氣動、熱力和結(jié)構分析后，其數(shù)據(jù)傳給另一仿真程序使用。該法通過—個項目的數(shù)據(jù)庫共享所有的分析數(shù)據(jù)。 "過程耦合，它是通過運行單獨的分析程序計算某一問題，并且還有一更高層次的系統(tǒng)來控制各個單獨的分析程序的執(zhí)行。 緊密耦合，它需要一個分析程序，從基本的公式水平上來連接各個學科。（)）可變復雜性分析
航空發(fā)動機，作為一復雜熱動力系統(tǒng)的詳細仿真需要大型計算設備和數(shù)天的時間。因此，迫切需要提供各種建模技術，這些技術必須能在不同水平上進行整臺發(fā)動機的詳細分析。這些分析是以具體程序為基礎，而這些程序又反映了設計上的變更。例如，要解決風扇葉片形狀變化對發(fā)動機性能的影響僅需對該級風扇進行三維仿真，對該發(fā)動機的其余部分可以在較低水平上建模（二維或零維），從而最大限度地降低仿真模型的建立和運行時間。
縮放技術需要不同等級的程序和模型體系，來提供從詳細的三維、瞬態(tài)分析到一維、穩(wěn)態(tài)分析的大范圍仿真能力。因此，必須開發(fā)各種建模方法，以便在詳細分析和較低層次的分析之間交流信息。
（*）仿真環(huán)境 &’((的仿真環(huán)境是為各種用戶提供一個大眾化界面，以適應各種技術水平的用戶需求。該環(huán)境還必須把 &’((的各種功能融合在一起。
在劉易斯研究中心已建立的仿真環(huán)境可以進行發(fā)動機通用的一維部件仿真，能夠為各學科程序間的數(shù)據(jù)交換提供工具和標準，能夠在部件特性基礎上用縮放技術來提高保真度，能夠在各種計算機上執(zhí)行計算和按用戶不同要求配置發(fā)動機部件。仿真環(huán)境應建立準確的數(shù)據(jù)連接；通過面向?qū)ο蠓ń⒛K式和靈活、適用性強的軟件結(jié)構；應集合多層次的精確分析技術；能夠進行高性能的同步和分布式并行計算。
&’((的程序結(jié)構為開放式，并能擴展。工程師可以不受保真度、程序選擇等的限制來建立推進系統(tǒng)的仿真程序，可以使用存在 &’((體系中的模型塊和程序，功能對于保證整個體系和促進創(chuàng)建新的分析
“即插即用”•"%+•
方法是至關重要的。
（）高性能計算
航空發(fā)動機的詳細仿真需要很高的計算能力。對整機主氣流三維仿真需要進行 ""次 %&以上。實現(xiàn) ’())，需要具有 """次 %&的浮點運算能力。解決方法是采用并行計算技術。
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飛機檢測與維修實用手冊 4(74)
