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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：7 E+ \8 t. \: t
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) L; o4 Q- G' Z3 X$ g# H: R6 L
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6 b9 ^. ?8 o. Q, Z7 y, E
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
- x  B- X8 P  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. I+ D% w1 B8 V+ e& j* ]
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
9 M+ N/ K& T& M# @1 X6 g# \, ^变化规律。2 N. M6 r* P# ^. J2 s
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
) w. {# J, `0 Y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
) W0 C/ x. L$ [# Q" b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  X+ [7 Y3 z$ e: |$ L& a
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
( \3 T4 X7 E  e' a) F9 s; y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( z8 p$ p/ D+ i2 `
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! r5 A: d* q' |/ t9 q3 f+ J1 q/ |
漏使流量有一定的减少。计算结果如下表：! \; I- J, M1 w( S
位置/结果 总温 总压 流量
; z. F1 q. ~# w  `/ }3 @8 F; N风扇出口 380.06 1.31 19.05
; U' b6 \/ ^5 _( z2 h: _CDFS 出口 477.45 1.80 17.14# w9 [) r& T9 ]% Y) H+ n6 U, M6 e, P
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0 v& H7 a5 V" L
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
% j$ _1 e, r; Q6 ?7 M; @" a9 F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# H; k0 n) C: h0 R* f
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
0 g! h3 u% F' a2 }8 E8 P1 l( f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
% I- }7 T0 c* g8 f* y; N* S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
/ O) I' L1 P" c  i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：0.63，0.66，8 i. k* G6 e) u' w* ]3 i+ A# @) I
0.46，0.52，0.58，0.64，0.67，1220。(详见表5)
, P0 X. R; B# F" `* {* [/ c8 x8 F2
% g* t8 N) u: Q: W8 p- r& U% o4 _3 Q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( j' l4 s, |" [% T
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
1 R0 s. M8 i; T3 d$ N: g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
7 I' H- p3 r& \: |3 E& E9 |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
  f( c8 n* ^) z8 [8 s) L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% h2 L) U- o) A7 p
最优解为：CDFS  8.33，CH 15, A8  9221.07。(详见表9)% [$ I5 Z* }( ?2 V1 c5 ^3 I2 T" D
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
4 J( P+ e7 ]" k% g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
4 M# \0 ?3 s/ e+ s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
' o9 H- U) I. w& d# K/ V这三个参变量随马赫变化规律的曲线。并得到以下结论：
4 W& Z" |  j! i0 N  t' |% o' u. h(1) CDFS 导叶角在一定范围内随着马赫数的增大而增大。( t. N7 @9 S5 [* n- y# b  J+ f  x- o
(2) 低压涡轮导叶角在一定范围内随马赫数的增大而增大。
- |4 j/ v: ?& E0 \+ @# d(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。# h; H/ E0 d! e; J3 }3 Y  t
% L8 K* a) N- i+ I0 e

A题三峡大学11075007队.pdf

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