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摘 要：" q4 c; O) f7 D/ r" N
本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。 l c# d$ }. l: |* {3 e% P' j3 n
对于第一问，首先要求分析风扇特性，通过部件法建模，风扇属于压气机
$ |" C$ |$ Z1 q4 K模型，根据压气机压比函数的定义，利用matlab 线性插值将附录4 中增压比转
' }3 S( R7 F3 t ]5 l换成压比值，作出在不同转换速度下的流量随压比函数值的曲线图，如图2 所+ L* K: x/ m( H( ]/ G
示。为计算风扇和CDFS 出口的总温、总压和流量，根据附录1 的计算公式，构8 @. J7 q, e( ]4 r" H
建进气道模型和风扇、CDFS 的压气机模型。根据已知数据，在亚音速状态下代( e! t9 ~9 q2 e4 i4 V# n
入构建的进气道、风扇和CDFS 计算模型即可得到所求变量值：风扇出口总压为8 Y' d' M+ w" _8 A+ z
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，( T9 }. C- h2 a, F- L6 i$ v8 m
总压为1.7745，出口流量为16.9401。其余中间变量见表1 至表3 所示。2 w! ]9 p0 b) Q
第二问，要求解7 个平衡方程组成的非线性方程。首先，分析发动机的整, n. N. `7 V( Z3 D) H& T
机模型，根据部件法构建发动机的各部分计算模型。在发动机各部件匹配工作
; c5 L# m3 \9 H时，受7 个平衡方程制约。根据已知的参数和发动机模型，设定七个适当的未
5 E0 J3 ~# \ A6 a知数，分别为：高压转速
7 F3 v9 I8 \0 @: }9 V5 P) K3 KH n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
. ~% v ?0 F$ E0 D6 g; R1 s! dCL Z 、
$ ~/ F/ S" B5 ECDFS Z 、6 P% v) O9 G* g
CH Z 、TH Z 、
- n: j8 a2 q1 k% |+ M8 Y# ^8 ^TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
( f! K/ R/ B1 e: b X2 x# T4 T 。由构建的发动机模
) O/ l% o; l/ d, p3 A% d型与其工作时各部件匹配的7 个平衡方程可得到一组非线性方程组。为求解此8 @6 C' k7 ^1 E( d" L/ @
方程组,采用粒子群算法。将非线性方程组的潜在解视为粒子，设定的未知量可
0 U0 k+ m5 c* f. [. k" |3 b看作粒子的位置，粒子群中的粒子个体根据适应性函数引导进行迭代，向非线
& N) ]0 Z& i- r7 s g! m性方程组的最优解不断逼近 ，通过迭代法，更新粒子的位置，以搜索到全局极( b" P" a: O8 ? F
值，即获取非线性方程组的最优解。经过多次试验，粒子群算法均能搜寻到能1 M+ D5 m D4 J+ G) Q8 i5 S2 R2 q
得到比较准确的非线性方程的解。在给定不同的群体数和初值时，可得到以下
/ Y3 \: I- w: j, P% a' Y; M比较理想的解：
8 @, u! C% q8 A( ?" Y- 2 -
8 T1 r% X! J9 B变量8 e& ]' ?6 N# F2 ]* T% m! {! E
H n *
* e, D+ i6 L1 a4 T/ a0 U6 l4 J7 V7 w* F7 a
CL Z# `9 A8 I' `, \
CDFS Z
2 P& R% J% c- M ?7 X含义 高压转速! B; R2 z* p6 U
主燃烧室出口, p, \* m5 g8 F" a2 }
温度
& T1 a/ w) b. k: m- s风扇压比函数值
; g- K! u6 q9 {) @) Q5 ZCDFS压比函
0 e& I) U3 h, \; s5 S+ s' X数值
$ A% e% M* m R' @最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
4 t' r* U+ V. e- H7 K5 Y变量( \ G. f' F% E$ ~+ @$ }
CH Z TH Z% q5 H! u0 g; I6 }5 Y& g3 S, x
TL Z
' F) F3 _. H4 x. M5 Y( j含义
8 L7 S/ s5 o5 g8 D9 W# ]! S高压压气机压
- z" O8 l( z- K( y5 w0 s比函数值& h# [4 `0 Q; t1 K+ Q/ z% J; O5 Z& D
高压涡轮压比函数
' i6 Z0 v4 g: d/ c值; m7 ~, b0 w7 h/ }+ c/ g
低压涡轮压比函数) ]' n; l+ ]; `9 E
值
4 b( u. o+ J* A6 n: X/ D最优解 0.2899 0.246 0.9112
. D, y5 V! K$ n3 w& ~ P2 }, P. w4 V对于第三问，求解发动机性能最优时，发动机CDFS导叶角度、低压涡轮导叶
9 K0 Z4 A* T& c: G$ O角度和喷管喉道面积3个量的取值。本题的求解为单涵道模式下最优解的查找问
0 n0 }; _& x* A2 a* n8 L题，可按照与问题二类似的步骤，首先根据发动机的整体模型和部件法构建发动
3 J+ _( k: H/ F/ M机的各个部分计算模型；在单涵道工作模式下，在发动机各部件匹配工作时，受& }! Z3 W) R/ k
8个平衡方程制约。设定相应的未知量，建立关于发动机CDFS导叶角度CD 、低
- M, O* z/ n& m/ q0 B8 v4 L1 C$ v压涡轮导叶角度l
1 k8 ?- I: P& @7 `* x以及喷管喉道面积A 这三个位置参量的非线性方程组，求出
2 M: B& I) p$ n# H b' c( ?其他未知量与CD ， l ; x4 y0 C' [4 Q1 Q, x0 D
， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率5 G. S7 z/ P' z# ?' F6 E
sfc，单位推力Fs的函数关系，另外根据性能最优要求，建立性能评价函数，得到- c3 t% d; Z9 B8 e+ F) K
关于CD ， l
' b. L6 F1 D- g， A 的三元函数，通过粒子群算法，求解函数的极值，便是性能最& [- ~& ]5 s: @' s( ^0 e$ |
优时的参数设定。但鉴于时间有限，本文中只建立模型，分析了求解算法，后续
/ i/ C7 B) Z9 W5 q$ n2 C的求解过程和结果仍在研究过程中。' M! k& ]+ e6 L
8 P8 v. ^5 W+ P
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zan
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狗仔卡
发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-9-10 17:05
