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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 17:47
标题: 变循环发动机部件法建模及优化
摘要：
. o( n4 {7 [, W( b8 F8 ]. G( n% J2 E本文主要解决的是变循环发动机部件法建模及优化问题。建立了基于多维
0 I4 Z2 i# D, O非线性隐式方程组的变循环发动机部件模型，分别采用牛顿—拉夫逊法和遗传
% Q7 M* m+ t' e  }* \0 O( h算法对模型求解；建立了以发动机推力F 和耗油率scf 为目标的多目标最优化
  G( a* \# u: N/ l3 ]- l模型，采用遗传算法对发动机单涵道工作模式下的工作参数进行优化，以使其/ v$ ~' J. M; `. `
达到最佳性能。具体讨论了发动机性能最优时，CDFS 导叶角、低压涡轮导叶! T! ]" n- s& m6 C+ e
角、尾喷管喉道面积等发动机参数随飞行马赫数变化的规律。
2 A& A  H. h/ Q$ b4 V; a7 g( o/ n: l. t针对问题一：首先根据附件3 中的标准化公式，对附录4 给出的风扇的增- `5 x: o6 s7 Y7 n
压比进行标准化处理得到zz 值。然后画出风扇流量在9 种不同的换算转速下随4 I* q3 \9 D4 H0 J- T: m
压比函数值变化的曲线图，如图4 所示。根据附件2 给出的各部件计算公式，& r8 O+ o* ^7 S1 M
采用发动机部件建模法求出风扇和CDFS 的出口总温、总压和流量，如下表所2 c2 h# `5 V, p6 {/ n) |- D
示：& {2 Z+ Q/ Q( D8 K
指标 出口总温 出口总压 出口流量: T' O* E0 X5 Q! I7 t
风扇 379.2879 1.3057 19.0477- B) w* Z  A" d$ a
CDFS 420.3209 1.7973 17.1329
+ c0 H8 X2 n: I/ K针对问题二：在双涵道模式下，建立了发动机工作平衡的多维非线性隐式" Z1 x" \" t) H* {: Q4 \& K5 J
方程组。针对多维非线性隐式方程组模型的复杂性及隐式性的特点，由于迭代# x$ m% Q. T. B3 t/ p
过程存在可能不收敛，因此本文采用了牛顿-拉夫逊法和遗传算法2 种不同算法
+ X( L( F1 Q+ J4 R$ n- B- C9 r进行求解。对于方程组采用两种算法分别求得牛顿—拉夫逊法的满意解和遗传9 f( E, k5 `# h0 @+ ?; _& P0 \
算法的最优解如下表所示：$ J1 }0 Q7 T% t* z
2) M. f/ r) c' n  S9 N8 J1 W
变量 H n CL Z CDFS Z CH Z *  H) H8 H' ^2 ~( O* k0 y
4 T TH Z TL Z8 a$ m! N/ l( _* B9 @2 Z
牛顿—拉夫逊法 0.950 0.541 0.451 0.306 1800 0.201 0.14$ W# ?% V8 H* @  s9 c* y
遗传算法 0.919 0.455 0.477 0.293 1800 0.172 0.10 Z: _1 r; c) H0 F- R6 F& b* T
根据题目要求，在文中陈述了相应算法的关键步骤及其解释，并从多个方; b& T0 M" e6 _/ n+ [, p/ T0 R
面比较了2 种算法的有效性，结果如下表所示：9 f9 L# z4 L& Q
评价指标 收敛性 计算精度 计算效率 其他指标' E( F  L& ~" D7 N' B) D0 ]
牛顿-拉夫逊法 局部收敛性 高精度 较高 对始值较敏感
7 Y) E2 z) \  }6 X3 e( I遗传算法 全局收敛 高精度 不理想 无始值要求，通用
5 ]: e; g. _+ a8 B0 y, L对于问题三：第1 小问是在单涵道模式下，建立了以发动机推力F 和耗油3 p7 A5 J; [; S# U( j
率scf 为目标的多目标最优化模型，并首先采用加权适应度函数将多目标优化问
. }7 u% a! X$ K题转换为了单目标求解问题，采用遗传算法进行求解，得到发动机性能最优时4 h5 P- X. {  c
CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度、尾喷管喉道面积值如下表所示：/ F* f. q8 o# g8 c$ f& N
CDFS  CH  8 A
( Y0 \, `5 U! m0 Y) I* z; V; c1 y-5 2.78 9.51103" ]; S& U& B+ A% s8 N/ @7 U( n
第2 小问在第1 小问的基础上，增加了马赫数的变化范围从1.1 到1.6，
$ u2 H( c& P4 q且后混合器内、外涵道可调等条件。采用第1 小问的遗传算法，选定了马赫数
# t5 X: z: X# ]3 ], `" C0 H$ m1 T* Z2 `为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6 时，求解发动机性能最优时CDFS 导叶角度、! |+ Q3 b6 m- ?, d
低压涡轮导叶角度、尾喷管喉道面积的值如下表所示，并分别作出了CDFS 导% R* m2 s- ^, a1 @$ g4 A
叶角度、低压涡轮导叶角度、尾喷管喉道面积随马赫数变化规律的曲线图。
! _7 N* x' j: N8 f4 p7 p5 DMa CDFS  CH  8 A F Fs scf
4 }9 r( Y7 M6 _9 x1.1 -4.89 -0.3600 9.53103 9557.3 719.8540 0.15516 D7 Z6 b: o0 j$ b7 m  l( ?7 O
1.2 -3.55 -0.8430 9.63103 10292 720.1292 0.1516
8 L5 k+ M0 |& }* B1.3 -4.95 0.3930 9.51103 10507 695.1700 0.15208 S9 N$ F2 }- i$ f, ~# T; ]
1.4 -4.99 -4.9900 9.54103 9405.8 612.7537 0.1730* S: n7 V8 {* }+ m3 D
1.5 -5.00 2.7800 9.51103 12458 715.1500 0.1329
- r0 J4 r. i$ z6 d4 Y7 @1.6 -4.69 6.0300 9.56103 14492 752.7750 0.1164
$ p6 L: }; c$ x4 L关键词：多维非线性隐式方程组 牛顿-拉夫逊法 遗传算法 加权适应度函数
; n( k6 _) M4 X; q9 C9 H5 H多目标优化
1 A- g  }- r+ m8 v. K6 V* B
; Z3 O0 V8 R) g* J( a  @

A题三峡大学11075020队.pdf

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