2018-02-19 開發(fā)日志補(bǔ)翻

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“雄貓”有新的動(dòng)力裝置建模！

盡管我們以及使用了“雷”進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)建模開發(fā)，但是去年我們決定完全重新設(shè)計(jì)我們的仿真框架，來對(duì)我們的渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行更深入以及更加真實(shí)的模擬。這也有助于我們重建 F-14A 的 P&W TF-30 發(fā)動(dòng)機(jī)，以及其它用于未來產(chǎn)品的渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪噴氣式 或 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。

F-14B由兩臺(tái) F110-GE-400 提供動(dòng)力，這些發(fā)動(dòng)機(jī)裝有可調(diào)節(jié)噴管和加力燃燒。F110 是雙涵道發(fā)動(dòng)機(jī)，由2級(jí)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)的3級(jí)風(fēng)扇和單級(jí)、氣冷、高壓渦輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械獨(dú)立，空氣動(dòng)力學(xué)平衡的9級(jí)高壓壓氣機(jī)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作由增強(qiáng)風(fēng)扇溫度控制裝置以及通過油門輸入控制主發(fā)動(dòng)機(jī)來自動(dòng)調(diào)節(jié)和保持。

這種新的 F110 建模完全是從零開始構(gòu)建，包括許多新的功能并提高了發(fā)動(dòng)機(jī)仿真的準(zhǔn)確和逼真度。根據(jù)各種資料收集的真實(shí) F110 發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)以下發(fā)動(dòng)機(jī)部件進(jìn)行了建模：

進(jìn)氣控制系統(tǒng)（AICS）

AICS 的主要工作就是想發(fā)動(dòng)機(jī)提供足量的優(yōu)質(zhì)的氣流，以防發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)各種問題。這涉及到降低空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇/壓氣機(jī)表面的流速。在此過程中，流入壓縮機(jī)的自由氣流被減速并壓縮。結(jié)果就是，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的沖壓空氣溫度與壓力增加。在 F-14 中主要是通過3個(gè)進(jìn)氣道斜板來實(shí)現(xiàn)的，并根據(jù)飛行條件調(diào)定。在超聲速飛行中，這些斜板移動(dòng)提供多激波來比傳統(tǒng)進(jìn)氣道更有效地壓縮空氣。整個(gè)飛行包線內(nèi)的進(jìn)口壓力采集的效率已從真實(shí) F-14 飛行測(cè)試數(shù)據(jù)中獲取并用于 Heatblur F-14。考慮到斜板作動(dòng)器的故障，如果斜板在調(diào)定的位置之外（例如，高速中斜板位于收起位置...千萬別這么干），則會(huì)導(dǎo)致推力減小或者穩(wěn)定裕度減?。矗瑝簹鈾C(jī)失速的可能性變高）。

增推風(fēng)扇溫度控制器/主發(fā)動(dòng)機(jī)控制(AFTC/MEC)

F-14 中的 AFTC/MEC 和 FADEC （全權(quán)數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制）非常相似。他基于大量的輸入來調(diào)定發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量和加力燃燒室。它還提供了限制功能來避免發(fā)動(dòng)機(jī)損壞并降低壓氣機(jī)失速的風(fēng)險(xiǎn)。RPM、EGT 和 加速/減速 都受到 AFTC 的限制來確保發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)作。AFTC 功能包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)控制、不對(duì)稱推力限制，自動(dòng)重新點(diǎn)火和故障檢測(cè)。在核心超轉(zhuǎn)、風(fēng)扇速度信號(hào)丟失或其它異常情況下，故障監(jiān)測(cè)自動(dòng)切換發(fā)動(dòng)機(jī)控制為次要模式。在 Heatblur F-14 中模擬的 AFTC/MEC 可從 AICS、馬赫數(shù)、飛行員油門位置、風(fēng)扇與核心轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器狀態(tài)以及輸出所需的燃油閥位置來獲取空速管溫度和壓力。這些閥門位置對(duì)應(yīng)燃油流量，燃油流量將根據(jù)飛行員所需導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)核心轉(zhuǎn)速增加或減少。盡管飛行員可以調(diào)整所需的核心轉(zhuǎn)速，但 AFTC 仍在連續(xù)監(jiān)測(cè)其它發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如 N2 RPM 和 EGT 來確保發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)超過設(shè)計(jì)限制并且不會(huì)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。本質(zhì)上 AFTC 是盡最大的努力來為飛行員提供所需的同時(shí)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)免受各種侵害。當(dāng) AFTC 故障發(fā)生時(shí)，AFTC/MEC 建模將恢復(fù)到次要模式，MEC 將根據(jù)油門輸入來控制 N2 轉(zhuǎn)速，但是不會(huì)再提供例如 EGT 限制之類的功能。但請(qǐng)注意，在此模式下，低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)失速裕度會(huì)略微降低。

燃油計(jì)量裝置(FMU)

FMU 由負(fù)責(zé)帶動(dòng) AFTC 燃油調(diào)定所需的泵以及系統(tǒng)閥門組成。AFTC 輸出燃油閥門位置指令用于當(dāng)使用加力燃燒時(shí)將高壓燃油噴入燃燒室和加力燃燒室。Heatblur F-14 建模了包括對(duì)應(yīng) AFTC 所需的系統(tǒng)閥門開/關(guān) 以及當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起火時(shí)關(guān)斷閥門和來自 AFTC 的自動(dòng)關(guān)斷指令。閥門卡住和燃油過濾堵塞之類的故障可能在將來加入到游戲中。

燃?xì)獍l(fā)生器(N2)

燃?xì)獍l(fā)生器是渦輪機(jī)械的心臟。主要目的是為燃燒室提供高溫高壓空氣。這是通過進(jìn)一步降低流速和增加進(jìn)氣壓力/溫度來完成的，F(xiàn)110 的壓比超過了 30:1。F110 中的燃?xì)獍l(fā)生器由單機(jī)高壓渦輪驅(qū)動(dòng)。Heatblur F-14 中的 燃?xì)獍l(fā)生器模擬非常滴強(qiáng)大，其核心轉(zhuǎn)速以及加速都取決于 FMU 的 燃油流量、進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流速，以及核心本身的慣性。FMU 引入的燃油流量直接對(duì)應(yīng)了施加到動(dòng)力渦輪的力矩變化，連接到同一軸上又改變了壓氣機(jī)的速度。壓氣機(jī)失速（核心氣流干擾）之類的故障可能會(huì)影響到核心轉(zhuǎn)速，以及會(huì)影響燃油流量的上游部件故障，例如 AFTC/MEC 或 FMU 失效。

風(fēng)扇 (N1)

F110 中的 風(fēng)扇由兩級(jí)渦輪驅(qū)動(dòng)，以及外涵道，該外涵道氣流混入加力燃燒室中的核心氣流中。F110 的涵道比大約為0.85。諸如 F110 之類的低涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在巡航速度時(shí)提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)保持了良好的高速性能。優(yōu)秀的戰(zhàn)機(jī)配上了強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)。Heatblur F-14 風(fēng)扇模擬根據(jù)核心速度驅(qū)動(dòng)，穩(wěn)定的核心速度對(duì)應(yīng)穩(wěn)定的風(fēng)扇速度。任何核心故障都會(huì)影響風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

燃燒室/排氣溫度

F110 燃燒室部分可以確?？捎行У攸c(diǎn)燃高壓燃油流量，從而通過動(dòng)力渦輪部分將氣流膨脹前大幅度增加燃?xì)獾臏囟群蛪毫?。Heatblur F-14 燃燒室/EGT 是根據(jù)引入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量進(jìn)行模擬的，由 AFTC/MEC 和 FMU 建模確定。

加力燃燒室

F110 中的加力燃燒室通過動(dòng)力渦輪部分后，引入額外的燃油至氣流中來提供附加推力。流入加力燃燒室的燃油流量由 AFTC 和 AB 燃油控制（AFC）來控制，它自身帶有一套高壓燃油泵來在不使用加力燃燒時(shí)將燃油循環(huán)回發(fā)動(dòng)機(jī)增壓泵。這樣可以確保高壓 AB 燃油始終可用，并防止啟動(dòng) AB 時(shí)推力滯后和喘振。Heatblur F-14 加力燃燒室的模擬完全取決于可用的 AB 燃油流量以及油門位置，附加推力根據(jù) AB 燃油流量和噴口位置變化。AFTC/MEC 故障、AB 燃油泵故障，或排氣噴管故障將影響 AB 運(yùn)作和性能。在 AFTC/MEC 次要模式中，AB 是禁止的。

啟動(dòng)系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)為渦輪驅(qū)動(dòng)，由地面電源/氣源車提供動(dòng)力，或通過另一側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)交叉引氣啟動(dòng)。點(diǎn)火前，地面電源可以將N2轉(zhuǎn)速提高至30%。在我們 F-14?起動(dòng)機(jī)模擬中，ENG CRANK 開關(guān)打開氣動(dòng)閥使地面氣源車能吹動(dòng)核心。當(dāng)核心轉(zhuǎn)動(dòng)起來時(shí)，MEC將向發(fā)動(dòng)機(jī)注油，并提供點(diǎn)火和燃油控制直到59% N2 RPM。

可調(diào)噴口

可調(diào)噴口負(fù)責(zé)控制加力燃燒室部分下游氣流膨脹。在高推力設(shè)置時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣以聲速通過噴管的喉道排出，并且可以通過可控燃?xì)馀蛎浖铀俚匠曀??？烧{(diào)噴管的喉道面積控制風(fēng)扇失速裕度，從而優(yōu)化性能。Heatblur F-14 噴管根據(jù)馬赫數(shù)、高度、油門位置、機(jī)輪負(fù)重、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓以及 AB 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬。噴口故障會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)推力和穩(wěn)定性。

我們?nèi)栽谂ν瓿砂l(fā)動(dòng)機(jī)仿真。特別的是，在搶先體驗(yàn)前和之后需要完成的項(xiàng)目包括：

• 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)

• 引氣效果

• 發(fā)電機(jī)負(fù)載效果

• AICS 加熱和結(jié)冰效果

• AFTC/MEC 次要模式效果

• 航降減推系統(tǒng)（RATS）

• 不對(duì)稱推力限制

• 后燃加力點(diǎn)火系統(tǒng)

• 油門控制模式（進(jìn)近推力補(bǔ)償器已完成）

• 風(fēng)車和交叉啟動(dòng)的故障和效果

• 戰(zhàn)損效果

• FOD 效果

這種新的發(fā)動(dòng)機(jī)建模將為我們未來的所有噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)模擬提供強(qiáng)大和深入的基礎(chǔ)。準(zhǔn)確的再現(xiàn)飛機(jī)動(dòng)力裝置和其它所有后續(xù)的影響非常重要，因此使我們能夠準(zhǔn)確地描繪出常見的 F-14 飛行特性、故障狀態(tài)以及因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的問題而導(dǎo)致的特為危險(xiǎn)的情況。讓我們模擬了 F-14A 的 TF-30 發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，這些效果將變得更加明顯。小心使用油門！

下面是一些我們發(fā)動(dòng)機(jī)診斷界面的一些圖片。每個(gè)列上方的描述描述了數(shù)據(jù)快照被記錄的條件。

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感謝您耐心的閱讀我們下期再見！

Heatblur Simulations F-14 團(tuán)隊(duì)

翻譯吐槽：第一次翻譯文章，個(gè)人水平有限如果出現(xiàn)錯(cuò)誤請(qǐng)多多包涵。日后將繼續(xù)為大家?guī)?F-14 開發(fā)日志更新！感謝您的支持。