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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：2 A1 }/ l& z* P& W) z/ L
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! a: y5 d2 G! f
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
( k- G0 F- j, e$ H' Q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8 @2 I% u4 A$ }+ ?+ H
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' N( g2 W# G+ z9 c6 }" W: [: v. E
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
: U+ Z( f8 q/ D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' C3 b0 ~* p& R5 M0 M, U6 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
5 J+ i& H& C+ p0 u8 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) S* J/ Z  l; a& U% m$ 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，1 {! \  ?/ z1 x$ p
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9 D0 g3 l& V7 Z# I! R& a! w
示：
" u5 W# ?8 ^' }# Z  i6 Z  r指标 出口总温 出口总压 出口流量* u  T7 |2 R( s9 f; y7 x
风扇 379.2879 1.3057 19.04774 q1 ]( u- E5 \( _) h- ^
CDFS 420.3209 1.7973 17.1329! K4 A3 c# t  c6 [
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! f3 B4 h+ y+ q8 q5 N
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
& G9 L* S$ B0 q- j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% |9 c8 }, `, U9 L/ x" _
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
( O. z% ^" d/ U# D9 x  w. G( w算法的最优解如下表所示：
1 Z- s  n+ e0 @+ |2
$ m2 T- d4 W; l# O3 o  T/ \变量 H n CL Z CDFS Z CH Z *
3 k$ k+ V. k& N# l$ l3 m: @; P6 J  E4 T TH Z TL Z) `; n, v$ k( P0 z2 S6 H3 [
牛顿—拉夫逊法 0.950 0.541 0.451 0.306 1800 0.201 0.14. q& [% O) A: A$ D7 d; f
遗传算法 0.919 0.455 0.477 0.293 1800 0.172 0.1
7 \: L4 L# u3 ]7 d! H! 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/ [5 Z9 ?) z) u+ b1 t# E
面比较了2 种算法的有效性，结果如下表所示：2 U; t! H) ?2 {. m9 {' [
评价指标 收敛性 计算精度 计算效率 其他指标: F0 {' ]( `, Z9 Z  s) Y# O5 ], U! {
牛顿-拉夫逊法 局部收敛性 高精度 较高 对始值较敏感
# u3 [" v& g3 O: A9 a9 |& o! B+ b! v遗传算法 全局收敛 高精度 不理想 无始值要求，通用
* T" x0 _' ?8 p& o9 _/ f! `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 h4 A0 G! P/ B$ c; W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+ y5 C: k, g7 o7 x& {8 ^
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
5 M- c4 Y. d" T) a. oCDFS 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 S! S1 o7 C. O2 C) {3 V
CDFS  CH  8 A
. r" l( F# h- _, F. {9 o6 e-5 2.78 9.511039 N- I& C, y  F8 x# e8 V
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1.6，9 s  {2 T6 `2 c1 G/ @& }7 |
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" E. K: l' Y1 w" {% R& ]
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、! ^- c0 p1 i* Q% ^" T, v/ I. J- t7 h
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
' |. h4 j* _' Z! k. U$ P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。
) S* v5 m7 B" SMa CDFS  CH  8 A F Fs scf
, J. `& ^- {( t; V3 b1.1 -4.89 -0.3600 9.53103 9557.3 719.8540 0.1551
3 G, h3 i. t; f; n4 ]+ ~9 X1.2 -3.55 -0.8430 9.63103 10292 720.1292 0.1516
& R3 L2 E4 P0 p; j( x# w1.3 -4.95 0.3930 9.51103 10507 695.1700 0.1520  w: q5 I9 J' @' y
1.4 -4.99 -4.9900 9.54103 9405.8 612.7537 0.17307 b7 V6 r. Q- Q4 X
1.5 -5.00 2.7800 9.51103 12458 715.1500 0.1329
7 ^9 U, O: w/ G. O" M1.6 -4.69 6.0300 9.56103 14492 752.7750 0.1164! W' a4 D' C7 E" \
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+ h% q( X# m- F& g7 |: Q  p, V
多目标优化: U. i9 h5 U2 p: k2 x4 o

% v. v7 ?* J4 S6 O! A

A题三峡大学11075020队.pdf

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