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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：
' d! {1 ?, A* V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. a8 @& X4 {5 h" W
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
( T9 `4 H- f0 V7 n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% D  Y( _, b! q7 ]/ R/ V
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% M! |" o, W3 }' f8 I
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
3 i! i/ f5 u9 N, f7 S  ?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。
# I" s) q% @6 u  k( l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
& R& Q  }6 o* o0 h& ^% O/ ]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 y5 {  u, F+ ^  J# Q6 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，
- J- X$ m. O. e* j6 w  z& x5 w% ^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! `- N( \% I! ~2 o
示：
9 Z) ?4 n/ }2 T指标 出口总温 出口总压 出口流量$ W" ?0 k  X: X5 L; D6 H. _
风扇 379.2879 1.3057 19.0477
8 b) P% O7 z- J* }) yCDFS 420.3209 1.7973 17.1329/ s) {$ p+ j( Q% ], z7 f, h4 B
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4 D# p- x4 t' e6 w( m8 h9 c9 O( x; h/ o
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 ~- a# N% w% z/ Q9 u. 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
8 }6 [0 v! B/ r' O( w* h: q$ v* 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 X0 K% c$ p3 W1 a, V4 Y2 F算法的最优解如下表所示：
3 ], w# i; s- a: ^0 j/ C) L4 r2
) v6 F& _3 B( b* Y变量 H n CL Z CDFS Z CH Z *) P. ~5 t5 l0 f3 `( w3 i1 ~5 g
4 T TH Z TL Z
: P8 d8 o4 Q2 O! g3 d0 X3 l! \; U+ d牛顿—拉夫逊法 0.950 0.541 0.451 0.306 1800 0.201 0.143 p) l5 G( C1 |8 W8 x
遗传算法 0.919 0.455 0.477 0.293 1800 0.172 0.1
8 o/ e! o; t& Y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
( I" J8 J0 A6 E% I面比较了2 种算法的有效性，结果如下表所示：: v) q$ t9 m; I  T# O/ S
评价指标 收敛性 计算精度 计算效率 其他指标
) j) v) p8 t+ L! w! o牛顿-拉夫逊法 局部收敛性 高精度 较高 对始值较敏感( x- D7 u& V: `) D! \7 R# ?7 U% h
遗传算法 全局收敛 高精度 不理想 无始值要求，通用
/ {& X9 e( a7 c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1 e1 a& w! F% ^! d
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
+ O3 Z+ M* e. n, r. s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
; u9 j6 h3 i: s/ i" @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：
+ W) ~  z6 u. z1 b6 jCDFS  CH  8 A
' v; t  r# B9 {0 k% g-5 2.78 9.511033 A0 U; l9 p3 B% a6 i* ]
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，' h- f1 I5 C- o2 B; [# J5 z* G8 y
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( Z! L# a( X7 [. ~) y
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、# s! q+ A2 e1 \; i8 O- A# |
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
4 {' ]7 m$ |4 a3 G/ O; q, h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。
; v! a2 S8 u0 f9 o& XMa CDFS  CH  8 A F Fs scf6 T8 a! N  w  r6 O
1.1 -4.89 -0.3600 9.53103 9557.3 719.8540 0.1551
8 |1 F! X( C( `1.2 -3.55 -0.8430 9.63103 10292 720.1292 0.1516
7 X' M( }: V4 ?4 U$ f! Z! R1.3 -4.95 0.3930 9.51103 10507 695.1700 0.1520
1 \% G  \/ q2 G+ }- }+ b1.4 -4.99 -4.9900 9.54103 9405.8 612.7537 0.1730
8 ]; x6 g5 s$ J8 V1.5 -5.00 2.7800 9.51103 12458 715.1500 0.1329
1 L: h9 U5 d1 d) X1.6 -4.69 6.0300 9.56103 14492 752.7750 0.1164
* R! j; D  M1 }2 [3 y( K  |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4 ]8 M7 z4 s0 X/ x% y- [
多目标优化/ l5 L& ]4 I: \/ y2 f
/ |* _/ C3 \- O/ I

A题三峡大学11075020队.pdf

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