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摘 要：- v6 |; U' P) |, \
本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
2 z P2 _7 `; x0 C4 ~/ T, b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$ \$ g( ?8 Z3 b) |: c
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7 y Z+ R' s/ j$ H7 w
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+ \8 g R* F8 R! F4 i, n
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
: [, a5 [* _- b4 e5 D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 R F; K8 f) m1 A; K
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
0 ]5 o- p$ M1 l9 F9 k2 K# [4 C1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，
. e2 a. C T& }# z; x0 D+ G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 i) B/ P9 t8 O9 F
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8 ~1 C9 S @6 p- m
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
# G, N9 y. I. n4 M& p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
, _( N( p# J( u% o; ? y: j知数，分别为：高压转速
9 s3 Y$ w5 U7 t7 a* kH n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
1 a- u S& m+ I- v# l, fCL Z 、( e/ Y1 t) o. ]
CDFS Z 、
4 A/ U8 J4 P4 l# A' \CH Z 、TH Z 、
" m- S0 v; y* Y/ OTL Z 以及主燃烧室的出口温度* m8 S% ] [9 @' _8 Q1 o
4 T 。由构建的发动机模7 ~3 o+ y: r0 n( A. r% G- r. E
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
4 I) u9 m; j7 ~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
2 o$ ?% g/ e& B3 X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7 W( Z% w7 P' u% K1 g' Z/ u# {
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! U5 L6 m8 Y5 c( b+ q& G" N
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
; I+ W7 E/ n. w" l% f6 f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
! v# |* J4 G+ {% O比较理想的解：& t7 a3 o5 @8 S) _; T4 N6 Q G: N- K$ J
- 2 -
4 G' l) b' A% c# v" w# t& e: b9 H变量2 ^$ ^# V0 S1 ^ X; _
H n *
9 ~+ `& W8 {( n6 C4 T: p8 H* H( G1 g+ H! N
CL Z8 w$ w. d- s$ f4 {
CDFS Z
; w1 D$ U# _$ f E( j& ?含义 高压转速
3 E8 X( j& i' u, h6 H主燃烧室出口
4 i$ T1 T( Q( X$ h5 w: [" a温度
2 G% W( i4 a2 }# `4 z风扇压比函数值! [' f( d, m4 h4 r1 D4 X. ~* |
CDFS压比函
+ F$ z/ Z& o1 A- A' ~数值4 G: p6 P% s% e5 `" R6 s0 j
最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
5 K% _- Q% [9 _0 U7 b% F变量+ ~3 e+ a+ x! L
CH Z TH Z
W( t8 M r5 c zTL Z
' Q, b2 f; U) p- G, ]% N含义
! C) m9 E. |( J" V- ^% j+ K高压压气机压
( ]4 S2 ~* Q% ?2 b$ L! y, \% ^7 [比函数值
+ \. u( C) @; A. v! E( s9 s高压涡轮压比函数' M) s/ T. }# w- m+ O2 `
值5 k+ n7 f- J# V% d+ x" o- Q
低压涡轮压比函数
% W, K/ `& _/ N" l" {- @' ]: {值
) n" Q% K/ V I$ Z最优解 0.2899 0.246 0.9112
: W: _ F8 V+ R/ h, b1 a) S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9 _$ W! Q2 B' K! B+ J% M/ p 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0 F) m# Y+ |7 K! G8 i/ V
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- b, B. ~0 N7 V3 F2 z
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
3 u W% O2 T5 I2 d8 I+ D6 n1 N8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
3 y3 B v3 ^- p5 o压涡轮导叶角度l
" A& G. O: G0 ]( }- C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- c3 @. x5 s! I9 V
其他未知量与CD ， l
' Z) e+ L b4 V- T1 u! N! }， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率: N1 z3 d3 _. _! `
sfc，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
* M; E, z, K9 {; i7 g/ f; y6 A9 n关于CD ， l
8 r8 ^( T+ G% f， 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
( W. x2 C* R: O3 [/ Q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
r( T4 e: J3 j9 ]; `* T的求解过程和结果仍在研究过程中。
0 @) s, Z2 M+ l1 p/ X: X8 Y. r' t; N% v+ w0 k S1 _/ R
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发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-10-9 08:57
