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摘 要：) e: N& k/ J* d) H
本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。) c {, s5 F9 }, f- F
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* R3 ~- R; F
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
. O: ^, P2 }) i4 f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! }! @6 U3 |# q( 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+ o9 i! k( W% W6 v! `& D; _0 g
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8 R6 V+ C& U6 a8 o+ z
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
% |2 y1 v$ }* s1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，1 O# Q; G+ y3 m) v1 |2 ]' ]3 l$ a
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。- l+ G p; ?) o4 o- ~$ n. t
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
; ]/ \- d& U& ~- A5 i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6 g9 E+ I0 F. e! A; g
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' B8 f @! I' t4 C; i8 E M; G
知数，分别为：高压转速
' Y( v5 c6 s- c; {! I/ {H n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：. @6 y# Q, T e& w1 o7 L. _9 U
CL Z 、# ]8 Z: d4 _: } N7 U% f6 s
CDFS Z 、1 q0 ]3 P6 I) E7 E
CH Z 、TH Z 、
( r& q2 \* E. V0 l$ h, ^7 {# x+ a- rTL Z 以及主燃烧室的出口温度*
3 s7 K$ m3 Q W4 T 。由构建的发动机模
1 U: H1 y- L$ C6 w- `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3 W V* _! D1 D, a: [
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. V q2 T: L& o# v- J8 { d
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
! ^( m3 s4 N! [- ` S3 t+ I: 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* a/ q7 ^, n* g9 T; \" O5 {0 k
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% |3 E) v; P- v, ]
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. a& R/ f3 Y# B
比较理想的解： B+ U$ \% J( A I
- 2 -6 ~: \, n+ j2 K H
变量4 P: O' }0 g5 ~0 M
H n *
% ` L+ n# V8 R7 Z1 b4 T, G( U1 v1 x+ c; N1 h
CL Z
$ k* x: N. p& H5 u+ ZCDFS Z. A* v- @! Y- m' m, |
含义 高压转速0 P& |" H1 q, s3 i+ f* y7 N ]# c6 J. @
主燃烧室出口9 Y% s. H5 `5 L- I
温度
( s) {' i' z4 w! l风扇压比函数值
3 A1 m/ a! W5 h9 l" S. OCDFS压比函* g, x/ h. j# O/ j; I, ]3 c2 g- V
数值
/ `; ^; C/ U& I2 k最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
: @% u x- J n$ G变量( _* N) g7 x' R3 {; i3 T
CH Z TH Z
9 ?# b) U1 X7 A7 B" \0 N! hTL Z
( O) D% B) m+ a% Y- C# c含义
# C- _/ r, z6 E: S4 \高压压气机压" ]1 E0 m | w, R9 B- ]
比函数值
7 K/ s, g2 n; ~# o高压涡轮压比函数4 l7 S2 ^7 R8 u, A5 P$ H$ O( O
值! Y2 f3 _1 e* v( w9 c7 g4 {
低压涡轮压比函数
: N5 r5 w, K1 ~值 e( q0 i* K+ c5 i- X8 B; d
最优解 0.2899 0.246 0.9112' p6 n& [1 Q r* ^% q' X& A
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
5 l0 r. P* R X5 A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
3 o4 V4 E8 A# ]# |, i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
" Y$ ]- T" {3 F3 e1 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& q) u- n( i" y6 G+ F
8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% n: ]5 y. n1 A. e3 O. ~
压涡轮导叶角度l 8 x4 j* J- W, b/ [4 `. 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, S4 O" s( m3 K
其他未知量与CD ， l $ j9 O6 a+ ~- \( a$ R
， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
2 O7 z. ]% o0 b+ i! a1 csfc，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
# W5 ?% m u* x1 I( |9 B3 K- C3 Y$ B关于CD ， l
& [* }' c$ ]1 ^- O1 H$ a， 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; \1 a/ R1 ~9 h, j2 N, I
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
* a. Q K s. M的求解过程和结果仍在研究过程中。9 S$ s$ ]2 C5 L* d6 Z7 d9 [) X
+ m1 }" y( H/ G4 t0 |# j p, W
|
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
