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摘 要：
; _; z" V3 H/ m. F6 O5 v本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
& b) D8 s+ K( z# o" s$ M8 b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* ?9 ] ^; \( c) n
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# Y# I: C6 H% N* a
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; y$ O. L7 v( O! g6 h: w/ i1 B! z' J
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
- y" t/ o, h; s. }3 C: m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" |5 o# q2 t& w& s4 J1 g& H! c2 ~
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) d. R# @: ?6 N/ _' e
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，5 @3 ?' f6 R- g8 u9 `
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。
5 X$ g A9 M0 K6 m# c- @* b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3 W! N0 x. M& f* @ K7 }% ]
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
: p8 A: R) Q3 T- J0 @$ Q7 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. T# G3 c# k& w, e( R/ ^3 M
知数，分别为：高压转速3 ?' D0 O/ C! Z( A2 J d) C. B
H n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：7 k# H) {' X3 F5 z* j3 D& h
CL Z 、8 t$ D* l q( M
CDFS Z 、
7 T5 i I' `0 @7 qCH Z 、TH Z 、) u1 w7 L4 x* K: V8 h1 X, V3 O
TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
! h, B& Z& B0 w; ^% V, }* H! ?% P4 T 。由构建的发动机模3 U" X% v5 |1 b
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: _, W3 [6 b3 i/ X
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4 g. T5 `( k0 g' |' f
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; t6 j* j- g6 B9 j# r
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5 z& V3 f& \5 F: S! x4 S1 S
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 T1 ^' T# F U. r" M; _- E9 A1 Z( F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4 O9 B8 k& v. x2 X3 |* d2 b
比较理想的解：# w/ v8 }+ W/ E5 ]+ L3 a
- 2 -- a \3 B$ X! q* i- Z# z
变量
) y& M! L9 g Y$ }; A+ k5 LH n *, n# Z) g) \5 Y/ r# p+ m( {
4 T3 B( s' `2 Y: @* B0 B9 H7 B
CL Z, ?+ @8 F9 v5 I4 H0 z
CDFS Z6 \5 U1 p: m$ k3 @5 @" Q& w
含义 高压转速
+ ^4 \# o, y" F2 ]4 q: g0 W6 k5 _! t主燃烧室出口
5 r9 x# U0 q' S/ I8 V/ B3 z温度# ]' f' k0 c9 A' w4 e
风扇压比函数值
* B' B: d. a6 L9 ^2 vCDFS压比函1 p/ ^+ {2 @' P9 R5 S0 {/ i
数值
) q" K5 |2 [* r) }: K最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1- f' v% O" g1 P% j, V- d* N- u
变量
& K- ]$ ~4 Q6 Q) lCH Z TH Z0 y$ [2 p; {% a* d% ]% |
TL Z
1 b! f! F6 Q* {; z9 j含义' Z: j2 z& q) u0 U- K! I# m2 X
高压压气机压
# q H! R: W: Q2 Q; g l& I8 z/ V比函数值
9 n; s; q7 ^' r1 S4 D4 e高压涡轮压比函数8 a. X0 {) E! p% t( u
值8 {: x( Y2 y0 p2 ~/ p+ A
低压涡轮压比函数
" Q' `5 L) h& H# x- Q值% J) J9 @' `$ b. G" t
最优解 0.2899 0.246 0.9112* r+ _) X2 D6 r( U% z# N
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, V* C* S ]1 L: [. z4 M' a' \7 e- P: X
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) y) Y7 Z$ k l' 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
0 d( S- S; l+ `6 V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
9 |9 g( {: V3 Z/ A* u8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
8 v) c' L* e! |0 _; E压涡轮导叶角度l F6 @3 B' O! C: ?/ \% t0 j
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
4 ]+ k& i) T; |( D, v其他未知量与CD ， l
. [2 F" X* n; V7 ?) T: Q. ^， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
/ {1 b' _) G7 Zsfc，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
6 R9 T9 h6 H& Q关于CD ， l
: k; `* W8 b, ?' s， 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
0 j& H3 c& f ?" ~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
" K" n# k% l0 t8 M4 B# S4 F4 ?的求解过程和结果仍在研究过程中。) B b2 x* z* n2 R0 ~5 R1 S
2 ]$ U0 a, R( E: I E2 B @
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发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-9-10 17:05
