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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：. ]8 m) O  z. b# x
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; W# w! d1 P+ r! Q) e& T. X
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
7 d* V2 v" \+ \3 Y- _8 r5 K% n  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
( y. }# g5 s+ d' x1 A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. h- Q0 Z3 S; V- O
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
8 A0 S9 _+ ?/ N1 c. G7 f( |/ v  [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。
6 t0 a" Y/ M3 ]4 o$ m9 {$ I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  s2 n/ ?5 ^9 q. e8 r4 c
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
" t+ V7 M, {/ U9 c1 o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，
/ {' W6 l: v7 @4 v6 ~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% o$ j) X: n3 U7 K1 {* D9 a
示：
" a" a/ }. g1 T3 e: B# H  Y: [; R指标 出口总温 出口总压 出口流量
8 X5 e8 @1 C: }风扇 379.2879 1.3057 19.04771 _+ o& N, j) b: n) W: c* k
CDFS 420.3209 1.7973 17.1329
* B: Z0 |5 @& y# ?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
3 l) w- Z0 Q% X. S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
9 Y2 M+ Z! }( N# {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
( Z* E& J$ h: A4 o6 p8 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
+ j; T% l% B$ r2 A算法的最优解如下表所示：& W" A' y$ E+ r/ K
2
+ ]* |: s/ T  o& ~5 Q' ~3 J4 c变量 H n CL Z CDFS Z CH Z *
0 {: I0 D4 A5 `& a  J4 T TH Z TL Z
& m" H/ |1 z+ O+ Q' Q  c& w& u牛顿—拉夫逊法 0.950 0.541 0.451 0.306 1800 0.201 0.14: L7 O" v. q" a- [1 w1 v
遗传算法 0.919 0.455 0.477 0.293 1800 0.172 0.1! i) `9 @% d; i8 |: r1 _
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# T3 g' B% n* m- w* R+ _8 }% T' a
面比较了2 种算法的有效性，结果如下表所示：
* y5 m, i$ u! R: h$ q" r4 u2 r! S评价指标 收敛性 计算精度 计算效率 其他指标
% {- w; y- }, u9 @牛顿-拉夫逊法 局部收敛性 高精度 较高 对始值较敏感
) m- h( G0 A7 X遗传算法 全局收敛 高精度 不理想 无始值要求，通用4 m. z2 _4 l7 j1 _1 ~; J
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
0 r, ^( Z: Z4 A$ @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; B) d' l6 K# u7 v6 m" U
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
/ t: R6 {" _  w9 H0 gCDFS 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：
' g- }. r3 H9 Y7 tCDFS  CH  8 A
: B9 N; P# x* M-5 2.78 9.51103
( }* H0 X# u# u) I. ~' z$ _) [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，* `6 h0 Y2 r  M% I# h
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( H% \/ }  l( {( y& k, m3 c# M* u
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、; q0 f$ ]2 `4 t9 H: y' M" _( P
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
: \/ N. n, x( `& t- k5 @* h8 R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。2 A) p* O/ s* q9 N; Y
Ma CDFS  CH  8 A F Fs scf& \+ P. R/ s7 ?. h8 W  M1 ~* y
1.1 -4.89 -0.3600 9.53103 9557.3 719.8540 0.1551
6 I) v9 S$ U# N5 k" U9 ?8 Q  j1.2 -3.55 -0.8430 9.63103 10292 720.1292 0.1516, |0 S0 b6 o2 z. x% |  w; ]! _
1.3 -4.95 0.3930 9.51103 10507 695.1700 0.1520; F7 R1 v6 n' v: X5 Z( j
1.4 -4.99 -4.9900 9.54103 9405.8 612.7537 0.1730
7 M$ X  R# F" ]9 ~2 \1.5 -5.00 2.7800 9.51103 12458 715.1500 0.1329* R  r0 G( Z% ?" c
1.6 -4.69 6.0300 9.56103 14492 752.7750 0.1164" D$ z1 N  k  _! T
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' p7 n9 ?8 `6 h+ J( V' \) U
多目标优化( p' y2 _2 Y  _% G
1 k+ G; F4 G2 H

A题三峡大学11075020队.pdf

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