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标题: 变循环发动机部件法建模及优化 [打印本页]
作者: madio    时间: 2014-8-30 17:34
标题: 变循环发动机部件法建模及优化
摘 要：
. u' e; L. q  n/ ?本文主要研究了变循环发动机部件法建模及优化问题，首先根据发动机七个
0 Q  f; q% @/ `6 t1 ?' r0 J平衡方程构建了描述发动机特性的非线性数学模型，运用改进的牛顿迭代法求解' X8 D) P7 O0 q! P# ?0 O
模型，并通过建立有效性评价指标验证算法的合理性。针对发动机性能最优化问& O( O; ~3 N' [
题，建立了发动机性能寻优模型，应用遗传算法进行求解，分析得到发动机特性
% k! b9 I* K' ^最优时，CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度，尾喷管喉道面积随飞行马赫数的& e0 f7 @% V5 B( m" j2 g
变化规律。
7 \6 s. n* k2 N5 o4 |对于问题一：首先根据增压比和压比函数值之间的数学公式，计算得到风扇
' P: V9 m* Y0 z* M% @特性数据表中流量和压比函数值之间的对应关系，进而画出流量随压比函数值变+ r) D: x* }% ~" ^1 J* X: C
化图形(见图3)。然后通过发动机各部件计算公式，推导得到风扇和CDFS 出口
8 K" u' d% O; B% M: W总温，总压和流量的计算模型，并在已知飞行高度、马赫数等初始条件下，最终
7 h  r/ h/ s0 m" [/ D" O计算得到风扇和CDFS 出口参数值，最后对计算结果进行分析得到：气体从风扇
. a, i1 s* g& j2 E7 V8 p- Z到CDFS 传输过程中由于压缩做功，其总温和总压有一定的升高，由于分流或泄4 L( E3 P! e0 Q3 U$ k2 g+ o
漏使流量有一定的减少。计算结果如下表：
! z2 E- j: a- n) v& ~' d- \位置/结果 总温 总压 流量" T% o7 }, u) E2 \$ e
风扇出口 380.06 1.31 19.05
+ y" M) C" R* n0 `CDFS 出口 477.45 1.80 17.14! o) G0 z# M5 R
对于问题二：首先将发动机7 个平衡方程构成的非线性方程组等价转化为误* i) m1 \* [( d8 P2 x
差方程，然后建立了以误差平方和为目标函数的最优化模型，并应用牛顿迭代法
6 Y2 }9 Q9 u* {! b4 J9 a( ^对模型进行求解。针对部件级模型建立和求解过程中由于二维插值和求解非线性
+ m6 C9 G% p$ m% b" h7 P, b方程会产生较大误差的问题，通过对压气机特性数据进行重构和独立变量的无因
2 p( }& o: U/ p5 \; B# X! l+ D) r次化方法降低了求解误差。针对算法有效性问题，以平均误差率为有效性评价指
! ^- T( Y) ~/ K" K" J4 U& V标，选取五组值作为验证集，得到平均误差率为EMS  0.0046，其值在要求精度
1 R2 c8 C6 G1 X) ?) m( f之内，进而验证其算法是有效的。其中最优化模型的其中一组解为：0.63，0.66，
2 C2 X9 a+ M  g0.46，0.52，0.58，0.64，0.67，1220。(详见表5)
5 I, L3 g! V0 A: ?) N25 M6 s4 p: D6 C& H; U! B
对于问题三：在研究发动机性能最优化问题时，首先将发动机性能优化问题* S; H" M  ]+ o- M
描述为多目标非线性规划问题，建立了以发动机推力最大，单位推力最大和耗油
; s3 N& w4 V) K量最小为目标函数的多目标非线性优化模型，然后采用遗传算法对模型进行求
2 n/ ?% f: Y" z* m# R+ x解。并得到发动机性能最优时相应的CDFS 导叶角，低压涡轮导叶角和喷管喉道
# T0 `! G% \5 E. j4 j- {- j, T! Y面积的值。由于是多目标优化问题，求解得到一系列的非劣解。其中的一个近似7 B  M7 |4 @; E! d. d
最优解为：CDFS  8.33，CH 15, A8  9221.07。(详见表9)5 P- \1 k1 n, [6 F* ]
当发动机特性最优时，研究CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度，尾喷管喉  d% T4 |7 S7 k, `
道面积随飞行马赫数的变化规律，首先根据已经建立的发动机寻优模型，通过遗
  m- i  S+ B! X) B6 Y  Q& l传算法求解得到不同飞行马赫条件下各参变量的值，然后通过数值分析拟合得到! O6 p7 X) N% P: J% _
这三个参变量随马赫变化规律的曲线。并得到以下结论：4 s$ p4 V) y4 s& C7 x+ V9 y
(1) CDFS 导叶角在一定范围内随着马赫数的增大而增大。
) t$ B4 E6 P1 m! c8 Z4 ~. U(2) 低压涡轮导叶角在一定范围内随马赫数的增大而增大。8 I0 [& _) {, }7 T7 f, B" p& L( q4 X
(3) 喷管喉道面积的值在一定范围内和马赫数近似的成正线性关系。6 f  k" \: D0 J* z. e  O$ ~! ^+ Q

$ c5 m  z" t/ t- f: P0 }

A题三峡大学11075007队.pdf

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