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摘 要：2 {1 s9 N) ?; z# H
本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
; A$ ^! z& \& D4 `+ x; H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
% V/ W* z4 I s( M R* m9 h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
% a8 g' {( D% E, _- D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
- g5 v( j8 s/ n7 c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
; l2 A, Q3 D9 R8 c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
* E9 p7 z1 B; M( H9 g3 L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' w* V) L" c- {. F* G! I( C
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，
! f, q/ R# _- ?; L0 O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。7 w. Z. R+ L) Y$ V1 x x$ Y
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9 `6 t$ N! ]3 n- C
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: |; y9 R2 A) y- ]( n/ A
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# `; C6 z( K# @8 e, |
知数，分别为：高压转速4 h- }" M6 t. b* z `2 B7 {" J6 h9 p
H n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值： s2 \1 H7 P' z
CL Z 、
6 _/ e5 @: x" R9 X# aCDFS Z 、
+ H- y! ]; F6 w5 A* S! ZCH Z 、TH Z 、
0 Q0 E4 T* k$ |9 m5 ]; N1 JTL Z 以及主燃烧室的出口温度*
% h% V- Z4 f. W5 f" j4 T 。由构建的发动机模: i0 T0 \( `( e$ i5 g0 L
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$ x& G/ q* r, T
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
5 f6 H: k7 m; F; `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
! U1 X6 [, m1 w+ I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
- ]2 e8 n- C! e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* |! a/ C7 C/ L( W& m) ^ O
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
! g7 l* H; @8 }4 T7 |# f比较理想的解：% e* `% g) S% t7 o2 A3 G+ |
- 2 -
( T+ P- d# [; L7 V' p变量$ d/ P8 y6 ^/ K# W9 p% Y! J) h
H n *3 W1 |, i7 z: P5 K$ M" d8 a
4 T" P4 ]& L$ f% ~' Y# o7 P, D
CL Z
$ N/ x# a% v; E! cCDFS Z
, Z" t& A+ D; @+ k% C2 H' U含义 高压转速/ f1 z; V& T" ]& R- W( F* _% T
主燃烧室出口4 t' _6 L/ `# \1 K
温度& H7 c. L0 q" q8 E, W5 d. c+ Y% L
风扇压比函数值) @6 d: ~; \. _6 A9 ?% }! s
CDFS压比函
, H4 \& D' f1 C8 ?' a数值! e: N) g+ N8 o/ O& v
最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
/ ~% k- F. Q4 Q2 F$ Z% j变量# K! x- [6 @2 E# _' \0 p# e
CH Z TH Z+ M( W2 [) ?) H6 d
TL Z
$ p/ a* Q; M+ z5 a含义
' C) Y! K. ?/ O5 n9 j高压压气机压
u" U5 X4 r% F. }# M比函数值+ d/ W% R# P9 k+ Q" q
高压涡轮压比函数
' @5 g, |0 r, k K, d0 y) y值
9 B2 j: z# }; n& L+ L低压涡轮压比函数
7 U* f8 l) c2 @! z# {值
- a( R& }% I5 d最优解 0.2899 0.246 0.9112
! p8 P& q1 N4 }1 X9 T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
) |( ~, R5 }/ M t) K- w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$ N& i+ y; l+ \+ ^+ \. D
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
, {2 _9 s) y0 {% b: N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
: m8 ^) [/ O% U' p1 | P; o8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
. H8 x0 k! D9 C, ^压涡轮导叶角度l
7 K: I" N! M8 C9 @3 h |3 T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) v& [8 [' f! M
其他未知量与CD ， l
3 w( _5 R7 h& Y) z， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
# i* N) r; D6 u- F v" zsfc，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
d7 U4 f3 j; l! w, N5 T3 ?' ?关于CD ， l : J6 X9 o7 Z/ j6 l9 O0 g' }
， 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4 u0 | o3 h; j* P9 e6 D' R( Q* U
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
' Y! y; V/ b5 x: I的求解过程和结果仍在研究过程中。+ t: |/ [* {2 U) Q
# {- z9 ?0 q1 I3 j2 y1 W |
zan
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发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-10-9 08:57
