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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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madio        

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    发表于 2014-8-30 17:37 |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:- T' ]5 |1 E' p. A0 U
    本文对变循环发动机部件法建模,非线性方程与方程组及多变量性能寻优
    . c. j0 S, e* E$ J& T0 f5 W1 H' g问题进行了研究。. r7 r( m: t% U4 f. A# M
    在问题一中,本文首先利用附录3 提供的压比函数值定义式计算即可得到
    8 |  B5 j  r- V% f各换算转速、各增压比值对应的压比函数值,然后画出流量随压比函数值变化: c- p) U6 l2 |9 S  M5 B; s
    的图形(图2)。接着利用附录1 及附录3 的公式在Matlab 中编程求解,其中
    3 r1 \, c% z$ n  C4 V. V增压比和换算流量涉及到了插值计算。求解结果如下:风扇的出口总温: a, P* l5 E5 O9 e$ b' Q
    378.34852K 、总压1.28834bar 和流量19.04771,CDFS 的出口总温419.37667K 、# d$ L% c* x) v9 p8 ?" L( K# i
    出口总压1.77447bar 和流量16.93963。
    + {0 l9 o9 D, l6 R针对问题二首先通过部件法建模法,将进气道、风扇、CDFS 等12 个部件( Q: u  `9 x, d1 |
    的特性计算组成涉及7 个变量的发动机全流程参数计算,而7 个平衡方程组成& F4 M/ m; k8 z" y' U
    了非线性方程组。该非线性方程组无明显的数学表达形式,因此不可能得到解5 _  ^' a/ V  M1 ~8 G( w
    析解,需要采用数值计算方法来求解。问题的实质是求解一组隐式非线性方程
    + _8 p* B! _# T: Q组,满足残差最小的优化目标。本文首先分别应用牛顿-拉弗森算法与遗传算法/ o' _$ p; B9 N) @  S
    分别对变循环发动机模型的非线性方程组求解。考虑到牛顿-拉弗森算法与遗传7 a1 R* z  U: B- b4 p
    算法的各自优点,本文设计了遗传算法与牛顿-拉弗森算法相结合的混合算法。, z+ B' Q: b: C0 d; _# d8 U
    在所设计的算法流程中,首先由牛顿-拉弗森算法求解,对于牛顿-拉弗森算法3 g- i% c4 T$ H1 b: T8 j
    求解不收敛的工作点,则调用遗传算法重新确定一点,作为牛顿-拉弗森算法新: H4 Y2 Q. Y! f
    的迭代初值,如此反复。既保持了牛顿-拉弗森算法的高计算效率,又吸收了遗/ E/ r. |; M* s5 |+ P
    传算法全局收敛的优点,在保持与现有模型计算效率一致的情况下,彻底突破
    1 G  i) Y6 n" E# d了发动机非线性数学模型中平衡方程与非线性方程常规解法的局限,实现了模
    ; a. t% E6 i7 L& L9 D& V( t8 m28 R) v! J  @( }5 g$ P  x
    型在整个包线范围内的收敛。经过综合求解,最后出 7个变量的值为高速 转速 0.879 、主燃烧出口温度 、主燃烧出口温度 1520 、 风扇、 风扇CDFSCDFS CDFS、压气机高涡 轮低、压气机高涡 轮低、压气机高涡 轮低、压气机高涡 轮低轮的压比函数分别为 0.554 、0.634 、0.793 、0.213 、0.0254 。' r1 w) N7 x) X" Y
    问题三 的实质是单涵道模式下,变循环发动机 CDFSCDFS CDFS导叶角度、低压涡轮 导叶角度和喷管喉道面积 三个 可调 变量在各自的范围内,需要对可调 变量进行性能寻优, 使得设 定的性能目标达到最优 。本文 采用遗传算法对变循 环发动机的变几何量进行编码, 执遗传操作对某一性能目标寻优分别 对变循环发动机的在 固定和变化 马赫数下进行最大推力、小耗油率 两种优化 目标的 性能寻 优控制 ,结果见表 3、表 4。
    " x. U3 L* u4 N) J, k' H2 n本文综合运用数理统计、 牛顿 -拉弗森 法 、遗传算法 、遗传算等数学 方法, 利用 Matlab Matlab软件, 结合多种模型对所提出问题进行了研究,具有很好的实用性与推广。 最后,总结了模型的 最后,总结了模型的 优点与不足 ,并 提出了基于 牛顿 -拉弗森 法和 BP 神经网络 的混合模型,为后续研究此类问题学者提供了一个新思路 。: o$ M  U& P6 w" ?" n8 ^7 [
    关键词 关键词 :变循环 发动机、 发动机、 部件 法建模、 牛顿 -拉弗森 法、 遗传算BP 神经网 络
    " Q: y: z6 D7 B+ f! f$ T6 h! j# s) o9 X+ E5 }6 @% e

    A题同济大学10247054队.pdf

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