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摘 要:. X! a: j# ]! o8 }& X! Y' a& N* w" R. l
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; K5 H( n5 g* d2 ?; Q
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+ C1 N! z) c& f# E. U$ h
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3 n* j! \1 K' t% k6 K
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
/ ~( c+ K- o% R% m# S2 R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& K* R2 S3 g9 E
变化规律。' c# G Y/ H' ^3 v
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
Y* C1 K; g* ~& H: f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
3 }( [4 m; ~- c" i: @( h/ [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
+ b$ v2 F* w' U$ V$ w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
" U+ |9 }3 @0 r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+ M- |' _$ [/ y; s( K7 Y& M
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' T- Q( ~5 m, c& `
漏使流量有一定的减少。计算结果如下表:( h8 `+ G& P! W. G; b
位置/结果 总温 总压 流量
7 m3 K- Q5 F3 d5 E/ q风扇出口 380.06 1.31 19.05+ _2 f2 j# w8 E+ j W( [5 z
CDFS 出口 477.45 1.80 17.14: A$ l4 s( }2 W1 s
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, Y" M$ M/ D8 Q; o7 |+ }8 |
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- ~( }. k8 i T4 S' w/ N
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" w& w) k# |+ [
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
9 M$ O v7 A& \ G# \, x1 ]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 n- V+ U( c0 M$ Y9 y# ^
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
. G- l0 c* A9 y; T" y5 e+ w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,
" s- ]7 D6 K8 ~* l) O: m8 K `1 s0.46,0.52,0.58,0.64,0.67,1220。(详见表5)2 J6 ~. H( B, Y" G: E: U6 y
27 s0 w8 q( t* T; X u! w5 n0 u) w
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; A H: Y6 ?: M8 j/ E/ s3 V7 I: u
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* u7 O* h" S, w4 D- X, m- E6 ^
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) R2 G4 ? N$ ` E- O7 h) B; L' j
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6 A) Y4 a! `; L# t2 B
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
7 c5 i& A) t2 f; a0 T0 t7 i7 X" Y最优解为:CDFS 8.33,CH 15, A8 9221.07。(详见表9)
, A( j. [, S+ {5 B0 D# e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
% J9 v' j# E# x; S* T+ ^% j/ H% a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
$ Y( D/ Z! c! D: L# t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2 Y3 K; e+ \+ Z$ o# H
这三个参变量随马赫变化规律的曲线。并得到以下结论:
_! [/ W, c8 H(1) CDFS 导叶角在一定范围内随着马赫数的增大而增大。
9 C. h3 y6 M+ e" e(2) 低压涡轮导叶角在一定范围内随马赫数的增大而增大。
6 Y- v' {- L% M# J! ?( A) L" [(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。
4 a3 t( O; y p2 E% a' M
7 B* X# B1 R6 A# k( S+ b0 D4 ]% G |
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