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[2013A题优秀论文] 《变循环发动机部件法建模及优化》

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    发表于 2014-8-30 17:32 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta |邮箱已经成功绑定
    摘 要:$ O- J1 o1 t3 X; H- w
    本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。3 X* X8 u! m* {0 Q* R; J
    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# r0 i/ C  F" w/ G% X
    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% q2 w' t$ m8 O2 a+ C' ^  g
    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: ^: d2 |& M2 h& w4 [
    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
    ) G; f$ C3 ~  q" K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
    * s- @. @! `3 s0 X' J4 g& ?5 g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
    ) q0 |7 m$ J/ X  B/ ?1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477;CDFS 的出口总温为419.3767,
    , j2 I8 F: @; {/ a, T& C3 W! }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。
    8 o: K: _! R4 J! s2 X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
    5 ]" D. y9 F/ Q8 Y7 I; y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
    4 x8 x: P$ h  n* K2 ]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
    $ A  a4 F6 n* M$ l, R知数,分别为:高压转速% B6 S/ }8 ~+ W) Y
    H n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值:* `* ]9 @& r; s  y  t6 `. r% Z
    CL Z 、+ i$ P2 K9 [4 Q+ |: i( O8 @% k2 Z3 W
    CDFS Z 、1 ]! d4 t  K0 Y/ p
    CH Z 、TH Z 、: n; x  v$ `8 p& q  s* j9 d& C
    TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
    8 Z1 m5 A# Q) K+ y5 P4 T/ L4 T 。由构建的发动机模
    / H- s/ F1 S1 `" R' [# ^. 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# n7 w" B; |! S- o- c/ F! W
    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 A. o5 l/ d8 j2 d4 ]- A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9 I2 b7 {4 p( \, s
    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
    ! r( D- e; ]9 X/ d+ G; E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2 Y5 G& a8 I% H* X$ f3 p
    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
    ! g9 b! E. S+ d# H5 z/ _比较理想的解:8 [8 i4 w/ M: z% A: ?; p
    - 2 -
    + g! w' v9 D4 v: |& e变量
    9 J: R; _$ d7 F0 g/ j, I( C, DH n *, o5 w) v/ X& t0 s5 p
    4 T
    . k8 i# s6 \) g) [CL Z
    4 k4 L* Q% V- ~# |4 F# LCDFS Z% R% Z, O: Z& s, K. V) X: y
    含义 高压转速5 i. ~! R5 {8 r, k8 a) N+ d
    主燃烧室出口; ]! U' s2 a2 q" D- I
    温度6 @) j- k* H6 L' J
    风扇压比函数值7 l& [# S: K5 O# A6 u! X
    CDFS压比函: C3 ~; `5 T- E7 G! @9 ~
    数值( q; u: i+ x/ ?* ^' G
    最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
    $ d+ r! ^2 a. l; h: Q. d变量% K! H. N  l, `+ L4 p& \
    CH Z TH Z
    * m1 z. b" ]# z$ x9 c* xTL Z
    ( l- K9 y5 k' f1 \" F) g含义) t( [) m/ I+ w
    高压压气机压
    ' K1 L3 ^/ w1 q' i7 J0 C比函数值& R! O$ g" k2 A! I( u
    高压涡轮压比函数
    : S, a$ X2 I, g/ X6 t# u; K0 g' E. u
    5 P; L& J% j; ^; k7 p9 L' t低压涡轮压比函数/ b- {4 l* M" x* F3 D& a2 D- X

    1 v8 Q% |* B  p最优解 0.2899 0.246 0.91121 e5 D6 J- X1 d/ e
    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
    $ o9 k0 ^5 a- s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
      p& _+ e- z; _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
    6 s: d. A, D7 o+ d2 V% c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
    4 ~/ ?1 R/ S. ]7 I3 s( v  v8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, j  a+ p2 V& D7 |& v
    压涡轮导叶角度l - P: t9 W0 e0 V: E: a: h& M7 V9 Q  }
    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+ J) r! W+ Q* N" G* y
    其他未知量与CD  , l & N8 d8 T+ ^; U+ l# V, b
    , A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F,耗油率
    , W0 f7 \* T6 K: A) T; }8 Xsfc,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
    , X! d1 @" ?$ ^) m6 w关于CD  , l 9 w4 l$ n: i% v( Y
    , 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, c% X4 f0 b4 @1 f4 W9 M# ]) k
    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$ q0 h7 P3 s8 w+ S
    的求解过程和结果仍在研究过程中。( |! L3 Q4 e7 }+ ~& c9 s+ L. e/ b
    , s* K( W* Z9 `: T* b

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    模天大楼  很不错的样子O(∩_∩)O~  发表于 2014-9-23 00:24
    模天大楼  很不错的样子O(∩_∩)O~  发表于 2014-9-23 00:24
    zan
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