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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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    1#
    发表于 2014-8-30 17:34 |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:" [) {% B1 y- w" ]+ A
    本文主要研究了变循环发动机部件法建模及优化问题,首先根据发动机七个, U2 D, F1 k# u1 u& ?/ b& g
    平衡方程构建了描述发动机特性的非线性数学模型,运用改进的牛顿迭代法求解
    3 f0 m4 H$ T2 m3 j模型,并通过建立有效性评价指标验证算法的合理性。针对发动机性能最优化问; K0 ], v" U0 ~
    题,建立了发动机性能寻优模型,应用遗传算法进行求解,分析得到发动机特性; Q% |4 f, [2 h2 y* z
    最优时,CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度,尾喷管喉道面积随飞行马赫数的0 @* f# @+ P, T' {
    变化规律。! A4 L) ^  O9 r/ K7 j+ s. K
    对于问题一:首先根据增压比和压比函数值之间的数学公式,计算得到风扇
    * p7 C' d) F0 d) d特性数据表中流量和压比函数值之间的对应关系,进而画出流量随压比函数值变% r  w" ^6 y5 ~! j. O8 B
    化图形(见图3)。然后通过发动机各部件计算公式,推导得到风扇和CDFS 出口
    ' p& H) ]; I) m$ T1 K) |总温,总压和流量的计算模型,并在已知飞行高度、马赫数等初始条件下,最终
    , h, c: e. Z  w+ c$ f9 _7 G计算得到风扇和CDFS 出口参数值,最后对计算结果进行分析得到:气体从风扇1 M, [  x" _- ]0 u: r- i
    到CDFS 传输过程中由于压缩做功,其总温和总压有一定的升高,由于分流或泄# c0 c. }' K* p
    漏使流量有一定的减少。计算结果如下表:
    . T& M' i' d6 x# w* B3 Z: n  [0 y位置/结果 总温 总压 流量! P, w1 ]2 t+ S! R4 p; k" H0 r
    风扇出口 380.06 1.31 19.05
    8 a0 K! T* F/ P: D0 rCDFS 出口 477.45 1.80 17.14
    9 ]  f& ^2 ]+ {对于问题二:首先将发动机7 个平衡方程构成的非线性方程组等价转化为误
    4 Z; I: U: h" T2 @差方程,然后建立了以误差平方和为目标函数的最优化模型,并应用牛顿迭代法
    ! b( J8 k% y( S6 Y' O对模型进行求解。针对部件级模型建立和求解过程中由于二维插值和求解非线性
    4 Y* x1 ^  D: W" ^% [方程会产生较大误差的问题,通过对压气机特性数据进行重构和独立变量的无因5 F& E4 ?* A1 N- u$ t9 t
    次化方法降低了求解误差。针对算法有效性问题,以平均误差率为有效性评价指
    4 e$ k+ a2 f& U3 G标,选取五组值作为验证集,得到平均误差率为EMS  0.0046,其值在要求精度8 {/ p: Q( z+ C# k4 Z, b0 f
    之内,进而验证其算法是有效的。其中最优化模型的其中一组解为:0.63,0.66,. d0 E( _9 g7 r8 v
    0.46,0.52,0.58,0.64,0.67,1220。(详见表5)
    8 X5 w" {" `  q' D# ]# h" X2
    ; J7 ?$ p8 y! v; s( [; r对于问题三:在研究发动机性能最优化问题时,首先将发动机性能优化问题' K: I+ @4 H/ r& L8 P
    描述为多目标非线性规划问题,建立了以发动机推力最大,单位推力最大和耗油
    9 W8 t1 e1 g  T& T3 @量最小为目标函数的多目标非线性优化模型,然后采用遗传算法对模型进行求* K9 {! q$ H4 g! P' P% o
    解。并得到发动机性能最优时相应的CDFS 导叶角,低压涡轮导叶角和喷管喉道
    7 V3 g, e# ^5 I1 z9 D面积的值。由于是多目标优化问题,求解得到一系列的非劣解。其中的一个近似
    0 P2 \1 P. f) E7 ^2 y+ A最优解为:CDFS  8.33,CH 15, A8  9221.07。(详见表9)
    $ {% Y5 Z6 I; y. a/ E5 G$ i当发动机特性最优时,研究CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度,尾喷管喉% ?+ b! P# b# B# ?7 l: m) b
    道面积随飞行马赫数的变化规律,首先根据已经建立的发动机寻优模型,通过遗
    1 v: I+ S) p; R: B4 }/ I传算法求解得到不同飞行马赫条件下各参变量的值,然后通过数值分析拟合得到
      i" m! o' s* z& Q: u这三个参变量随马赫变化规律的曲线。并得到以下结论:
    7 V, }& Q* s6 G; l, G" Z( n' k! \1 E  v(1) CDFS 导叶角在一定范围内随着马赫数的增大而增大。( ]8 Q6 R) d* j/ v& ?
    (2) 低压涡轮导叶角在一定范围内随马赫数的增大而增大。. m9 c4 k' o, O. E, L* `& M( o
    (3) 喷管喉道面积的值在一定范围内和马赫数近似的成正线性关系。0 p. x" Z5 `6 t
    - k6 k/ l5 z, b

    A题三峡大学11075007队.pdf

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