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摘 要:3 a; |' I0 M+ f
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
$ ?) Z' \: m* s d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6 o1 a3 ?" A+ L+ {& v) X
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,
- T0 s) d) A, N$ i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。% Z; p' m# T' }! u0 y% k
针对问题一:
$ v. |- R9 J* T# V& A* A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, \& w% l$ v& \# }& x" m
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$ T% {1 G; k0 p# \6 R; R9 Q
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。4 N2 ?' ~+ m+ g8 a( a
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6 H2 N+ s- B+ E/ S7 J
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:
- J- Y0 ?3 w( r8 g; n* ?, X表1 问题一的数值结果: k: H) F- A4 @
参数名称4 d, u0 [' Y8 f3 A- m( h: M
部件名称
4 v) h- c4 {# G; c6 d出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
' \4 Z$ L$ l, K. n ~, u风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.09 }4 L A0 n& }4 ~, C( P, X
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6. ^; C3 H: Y) C. g2 p
针对问题二:% B) J, ?7 t/ r; _- Z
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
8 {7 \2 O# c8 f$ J( z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, p, H; G2 X1 ~
机模型,确定非线性方程组。" N6 ~; N& ?* _- R; m2 i) e
21 o; R$ T' N% q/ M' X
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:
) y: J7 e B* f* c3 F1 | ( - * ERR NCL NTL mL ) / NTL *mL| (1). F1 d h2 e" Z
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR N N N N (2), v( q& N+ h+ o- e7 w# U. G
' '
5 }% |5 N& a, Z Y2 q41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | (3)2 f7 E5 v+ O5 t2 g* R
' '$ y4 e6 m. Q ^ h) Y1 R( r0 n3 X. ^
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | (4)
* H6 A8 G9 r6 U5 r: \& r9 Q! ~3 j3 _61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | (5)+ P+ m- ]/ G( X8 ^' Y6 u
' '
2 U0 h2 r" u) \- Y8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | (6)- I: K# y# S* x' D8 Y. z$ O
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR W W W W W (7)
' r7 H5 M3 E! W( L7 k7 L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
! [, E6 \- E; J) Z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
' c3 O3 a% v1 w0 L# q模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示:
- ?! i3 `- [- r' j# N9 K) s1 i表2 非线性方程组的求解结果
8 ]$ X! L* A. ?" ~2 h3 e变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z& M0 O$ l# w# ~- {$ n; K
求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
1 \) {% Q3 `" k针对问题三:$ T) B! k. c2 I, B
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
' g' A# I" l! K6 ~( c. O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" P; e9 o( E3 e9 v5 t& g, A
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。
+ {1 g% e" x5 {: Z9 U* Q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
* _# G5 D" a5 u" \果如下表3 所示:2 {7 Z8 K( M5 Y. v; c! P$ K
表3 发动机性能最优时各变量取值5 E" L6 |/ j3 z }9 N
变量0 P' u+ b% E7 P
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C TL NL ( ~' f& q+ f, A% o
求解
+ B2 O* L: a( B! h& q# D( Q! [结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
* a E' ]' F' X. @. R) |7 P$ 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; P8 F0 r# m4 k0 U5 K) o( R
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
V) [7 _/ S& z/ H# T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- E. s1 [1 q( l
示:( C a' H. S# _0 V& [
(a)推力随a M 变化规律 (b)CDFS 导叶角度变化
" A$ [- M, F8 a(c)低压涡轮导叶角变化 (d)喉管面积随a M 变化规律; c; B' r7 _7 m
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: @# |, l( Q8 \# ?& p/ [' I3 H4 S
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
6 L# o2 C3 z1 X! `& M! r, |) I- J) \1 E- g- [( n: B
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