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标题:
变循环发动机部件法建模及优化
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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：
$ x9 a1 G/ C9 \1 ?
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
: j) F3 M: d# P
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
* B ]3 I. ~. ?$ r, k
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
0 n' {) z) L* H8 q4 V q
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
* t' Q( m3 s9 _! r+ Y! ]' N
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
# [: V8 {* N: M7 z* @7 D" q8 l
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。
8 ?4 l3 e2 h2 n
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
0 t/ J1 H( s* E
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
! v/ q5 r6 B* H+ U/ c# I
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，
/ x' v9 j" X8 C, r( ^2 C: ^" e
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
" A: Z% ~( |. p$ c2 N7 f; y0 ]. r; ^
示：
" U" [: F1 a3 N9 _8 F
指标 出口总温 出口总压 出口流量
- S; E) w0 e- w, [1 T
风扇 379.2879 1.3057 19.0477
1 F; y/ @& {0 D. a8 z" v4 x
CDFS 420.3209 1.7973 17.1329
9 P8 C; s5 w# q" |6 a6 x
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
' B6 s/ i7 g1 w6 I+ I1 {/ Q0 N: V( 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
; z7 r) I/ p3 R& j; a; x
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
. n+ q: Q7 Y5 @, {) }% d+ C. { k
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
; \% F! e5 u+ P/ T' [4 y
算法的最优解如下表所示：
& o1 O; v' m6 C: h& x4 w, h
2
' s) C+ I2 _7 P+ e
变量 H n CL Z CDFS Z CH Z *
7 i4 e2 k$ W8 e
4 T TH Z TL Z
7 v1 i/ o/ Z7 j0 k& R( q1 y
牛顿—拉夫逊法 0.950 0.541 0.451 0.306 1800 0.201 0.14
* m; g" _! ^8 T, x; w
遗传算法 0.919 0.455 0.477 0.293 1800 0.172 0.1
! j( s& G( v# t3 h" j! \
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
1 U1 E! e# t- Y7 N! h
面比较了2 种算法的有效性，结果如下表所示：
8 d m4 M) o$ j* y3 s9 g
评价指标 收敛性 计算精度 计算效率 其他指标
, t8 `. i7 `2 @2 U, X; ^
牛顿-拉夫逊法 局部收敛性 高精度 较高 对始值较敏感
7 _& v `) o2 n h3 [5 L8 W
遗传算法 全局收敛 高精度 不理想 无始值要求，通用
: O# T" o7 s" |3 o- Q1 i8 }
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
8 N) u6 |3 q3 n. U& U0 \' w' v
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
, d) z/ D8 D3 @! v- Q
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 w' J. c# e, r
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：
9 p7 \ ~0 A7 W. @6 w
CDFS CH 8 A
) ~* L( F4 r Z4 _3 c
-5 2.78 9.51103
8 f2 W# s& Q9 r
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，
/ g3 P, L9 U' Q L0 D& @
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
: X! J9 q( I/ \, p- ?9 x2 j
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、
5 I4 Q' f9 p) J4 r5 s$ l
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
, k2 R9 h8 `0 n5 _
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。
: l& G# t% e7 ]% t2 E# H8 B
Ma CDFS CH 8 A F Fs scf
4 Z4 v: i- |! j' T
1.1 -4.89 -0.3600 9.53103 9557.3 719.8540 0.1551
: g' ^) c! R9 j0 b; R! V
1.2 -3.55 -0.8430 9.63103 10292 720.1292 0.1516
: M! F @8 g2 v0 z) {: {( P' Y
1.3 -4.95 0.3930 9.51103 10507 695.1700 0.1520
+ R$ r1 d x& j& H
1.4 -4.99 -4.9900 9.54103 9405.8 612.7537 0.1730
+ J3 {8 e! v2 z3 _( X# Q
1.5 -5.00 2.7800 9.51103 12458 715.1500 0.1329
" v3 p3 \2 O$ G% h9 P, W
1.6 -4.69 6.0300 9.56103 14492 752.7750 0.1164
0 |: X2 Y: _5 a- D
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
3 O g, u$ B$ I0 n0 A* d. V% z
多目标优化
: o, L( D0 m6 L7 C
2 \; Q5 X: I0 V- o! l) P
A题三峡大学11075020队.pdf
2014-8-30 17:46 上传
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