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摘 要：
) j- r2 ], X! ~9 g. s/ k* L本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。. X% P# F% _" j8 _
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
, t+ m! A% R8 y" U5 L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+ ` h* `4 N0 F- g* h: q. U
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
2 D* s: @+ s% P6 Q' F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
$ \1 n/ p/ ]! d8 X/ [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3 t* z6 W/ Y& W' {2 O8 D
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1 v8 X* {' o& {2 p: Q$ x' v
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，' F$ K6 e8 s$ H+ h2 |1 }4 b
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。3 h- ^# D$ t6 O. o
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1 K8 p* ~$ p' N5 b
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- J4 n: A" W; t8 M% a" ~
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
i" x6 F6 p" y7 ^; V* v知数，分别为：高压转速
6 ~+ _% U. V$ W/ jH n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
. T* G {7 w8 N9 MCL Z 、. X w0 r* p6 T0 d4 i# P
CDFS Z 、
- p$ T8 q& [) Y# y1 x- c6 T$ R# xCH Z 、TH Z 、1 p9 Q" O: i# p# H* @* ]
TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
6 v: ?. z6 p- E0 m7 q9 s4 T 。由构建的发动机模2 t9 ^; Q1 k1 h# B% M
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. p: E% \% `. [1 v) o+ v4 f' _
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3 s' O2 J# Q% H, w4 N
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
$ S* Q: ~' m6 w3 l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
# t% i' z9 {7 T, y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
) V* |) r4 M4 W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
3 u* Q2 O4 n+ _( x& Z比较理想的解：7 l2 l% L7 J/ [- I0 q5 S
- 2 -
+ g# h V& B/ O$ t& [" y变量4 u7 b) h; f6 x- A, l& O
H n *
: a* P3 [4 s* D# R0 _7 C4 T) k0 F! E& r6 s( d2 u' ~
CL Z
& A$ g, n. o' J. a' KCDFS Z: |; k2 e! P; H8 w$ u [+ z
含义 高压转速
2 e9 g" U9 A2 q; U- U9 ?" N6 p2 ?7 t主燃烧室出口3 r2 K3 O2 V! ? V9 c8 U6 D
温度+ A( u' {! F0 u( Q/ S8 P+ x1 Y8 b5 {
风扇压比函数值1 ]3 L: B O& Y1 t6 [1 u3 ]1 z, e* t
CDFS压比函/ ^& Z) u) B1 N
数值& \9 h* I8 B, B6 w B
最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1- W# d% l3 o8 @% |7 E! X& W
变量7 h8 U+ U2 f! j) k
CH Z TH Z8 L' j* @* L; u( _, {8 N
TL Z
" D" d) a5 S- l7 x q/ s+ v含义
3 l2 C; v- j' b/ I) e! \) _; v高压压气机压
: E+ w+ w3 x3 [8 \9 A) ?8 X, q比函数值
, _0 z Q1 L |高压涡轮压比函数
7 J. L$ `3 [ U值
7 G6 X/ {# S' W, y& F4 h低压涡轮压比函数6 h) Z( `" N m
值
: w0 W. |% a4 D4 _ \' V& X最优解 0.2899 0.246 0.9112
4 C$ E1 G2 _# i; l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
& l/ h3 k- ]6 L8 `$ [; D* u4 M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
9 l; @! e6 ]6 l5 y- _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
. s& N2 \) u. a' K7 k5 W; f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
, {* Q. {# g. e1 N* c, H8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& A ~ _" i& w
压涡轮导叶角度l , d' F7 x- T/ K: q/ m, \) y* D
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
* W/ v; A! S( I! V+ \4 A其他未知量与CD ， l
+ a& B7 H* H j( y# P， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
1 d) t2 {/ _ k7 ?3 |# W+ t E0 ^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8 g2 M' X4 V1 s+ ^, T
关于CD ， l w# U+ _0 c/ `" e8 j2 ?
， 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
9 F" k+ D) f6 Q) s1 o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/ G0 E/ S' g9 b2 p; Y
的求解过程和结果仍在研究过程中。3 F( o: ~+ r' I b$ G$ C# M. R
+ p& x) {3 ~/ G' M5 E" m0 [. \& U% X |
zan
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发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-9-10 17:05
