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摘 要:- O+ n$ w8 c" I8 X. Q# Q
本文研究了题目中的所有问题,对问题一、二中的双涵道(涡扇)模式和! Q0 W. `- j/ W% q. R8 Y3 g
问题三中的单涵道(涡喷)模式分别建立了相应模式下的部件模型和整机气动- @* k* c4 W3 @; x! d
热力学模型,利用遗传算法能解决高复杂性、多变量非线性方程问题的优点,. B/ ]5 q) Z! Y% ]2 X
本文基于遗传算法对各个模型进行求解与优化,并最终获得了相应结果。( T/ B. ~4 j2 i- t- }4 z( ^
针对问题一:
8 y) M& V# p7 |3 M C9 M( o首先,作出风扇的特性曲线图;对图进行分析可知:对于某一特定换算转速) \. x7 b# c" C
下,当压比函数值不断减小时,流量逐渐趋近平稳;当压比函数值一定时,换算4 {# f5 f! Y/ Q) G
转速越大流量就越大,当压比函数值增大到一定程度后流量会减小。
& j! |( e) h: m* u; o$ |2 w" P7 Y其次,分别对进气道、风扇和CDFS 进行建模,运用二次线性插值获得对应 q; F: U7 |) ^, l5 _8 {
的流量和效率代入模型,用牛顿迭代法反解出口总温;结果如下表1 所示:
; X8 Y1 s3 M: W# H# o1 T% G# q6 ?表1 问题一的数值结果8 n) Y) @. p- ~( {* x' W7 l3 G" J
参数名称) }$ c/ X- s9 k' ^, \8 e( n0 R
部件名称$ E2 j/ N) d: W. d% n
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率. M' e& Q: j' j
风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0" U8 r r' X- I/ D
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.63 N. n! {( r2 z* R: z- V
针对问题二:
2 y% c/ ?+ F3 ~' x+ q' f& m此问题是发动机处于双涵(涡扇)工作模式的研究,首先,对此模式下发动( p' u0 } }2 Z p) s2 L& }0 r
机各个部件进行了建模,之后根据气动热力学过程对各部件模型进行整合建成整% u# ~: E' L0 ~& J7 y. u- s) U' ~
机模型,确定非线性方程组。 D- ^: q* p2 Z: W6 @: n( q
2* G- l5 ?9 `9 @2 f! Y7 D+ j
其次,根据发动机的平衡方程确立非线性方程组的求解约束条件:& h0 Y# m8 e% j' ^' f& p
1 | ( - * ERR NCL NTL mL ) / NTL *mL| (1) j1 D( O0 V+ p6 m; v2 t
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR N N N N (2)& Z# X3 R" n1 V# H
' '5 E% G+ Q4 `+ s) I# u
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | (3)* C, J+ o& e" }
' '
2 t5 i( \- [, Z7 W! p# q45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | (4)
# k8 u: S$ a/ [% C+ I& h61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | (5)' y2 V7 r S1 |) R
' '
; E0 b2 _ X$ s3 d0 W+ u) D8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | (6)
) a- ^1 V8 O* I$ C: X1 h5 q2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR W W W W W (7)) P2 y, W3 z( l4 r
最后,采用遗传算法解非线性方程。但由于遗传算法为仿生算法,每次运行
8 F, f$ _9 N& N3 Q程序的结果可能不尽相同,但是每次运算的误差是保证在10%以内的,这保证了
. R% |! ?$ E. n; o6 V6 R3 G模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示:
: r! f6 t* D* b表2 非线性方程组的求解结果
& B* U; T* D7 R% k% l( m1 n变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
' j; S2 ]( U) z7 q7 N y求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939( G* _6 I: @3 u/ B/ |. u8 r
针对问题三:
6 G4 P! l8 e" C* I此问题中发动机处于单涵模式工作状态,本问题其实是在发动机最优性能的
+ T/ _7 n) s$ Y# l* g ]9 R条件下,通过调节规律t 4 T const,求出三个导叶角的最优组合值。首先,在性 _" C$ R- Z2 ]! ~
能最优的条件下,从发动机设计全局出发,建立单涵模式下发动机性能最优模型。$ b4 t# f. r& N$ L8 _. r0 s- U
通过对实际情况的考虑,把发动机的单位推力最大化作为评价标准,模型求解结- [( C7 U) {9 j6 }) F
果如下表3 所示:6 ^9 _5 K# [, I1 B D
表3 发动机性能最优时各变量取值
7 M9 V+ \4 x' c! X! R- e7 t变量' R4 T! W. R% T0 V' [9 X
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C TL NL / M5 ]0 A. R0 `7 D% g' m
求解; `! L/ Y. E- e: f5 }# }$ ]5 b
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
& X4 I; F& T u' M+ [1 q对于第三大问中的问题(2)由于能力有限,没能达到较好的收敛效果,变
! f$ U' H3 @) ]/ _1 Z' B9 X量较多导致结果跳变较大,最后决定每次合理的确定三个所求量中的两个来对- e" \# J+ M$ J( Y
第三个进行求值,以获得不同马赫数下的变量,进而得出变化规律。如下图所$ A, q: ~5 F5 x- C; Q$ n" K
示:2 b% I* T% I( q2 {+ e7 H& f
(a)推力随a M 变化规律 (b)CDFS 导叶角度变化. C/ `2 u- [! J6 G
(c)低压涡轮导叶角变化 (d)喉管面积随a M 变化规律
6 Z- k4 x6 p9 m7 C4 W, L( K图1 单涵模式发动机性能最优几何变量随马赫数的变化规律
) J( x* W& r* _- h, B+ k e关键词:变循环航空发动机,部件级建模,遗传算法,双涵模式,单涵模
l7 a" D9 e' u2 V4 W7 O) Q% P: `3 r+ d' D0 o7 n; O
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