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摘 要：
* h% `. b7 W9 Q* M) p本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
+ k9 L* u) M; |4 z/ _, s! w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: R* ^" ?5 A. x
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% m5 |# \: g3 |0 l; z% 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# ?5 F. ?, [' t9 g8 O; C$ i
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5 D5 ?; G, [0 ^+ u3 E5 e6 }
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
3 {5 P7 ~! Y0 Q$ \" \0 Q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6 a: G. A4 y* D% p" G
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，
- ~! ^. v( D0 Z R- H3 Y) w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。* S! j- m5 R5 c
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" s8 W0 U" N! p# K! A* u9 J" Q" p
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
9 A. l5 Y4 Q1 n( z2 `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
6 Q9 t! ?9 E6 f/ e( B, a6 g知数，分别为：高压转速5 D# ^9 o9 z Y8 H5 |
H n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：& ?8 Y7 F+ x5 Q0 j7 U
CL Z 、, J# @! \3 B2 x
CDFS Z 、6 t, |9 @- h& T7 K1 U+ }
CH Z 、TH Z 、5 ~ v; ~. O. p7 d% `$ ]& ~
TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
" E! Z. i2 U! d2 i* K1 X3 q. A- y4 T 。由构建的发动机模
0 J7 L: p% ], F2 P$ o6 [8 ~1 e; I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
1 K2 H7 w# @* n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1 {5 n5 p3 i/ V* j' H
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
# M7 E+ R, h9 p: Z, ~8 I! g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
; I. s8 I, f1 {4 W& ]. Z1 V0 B! h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
" B+ K$ @' l' D% v0 w3 V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/ |+ X. i8 N/ R5 w9 D k( c
比较理想的解：
) R4 \ M) Y- u: S' r: t8 b, f' Q: g- 2 -
+ D4 ~- e: m: D1 W3 @变量
' T! u& O( |5 Y( s; |H n */ Q5 i) ~4 N0 f+ u) \) x
4 T+ H1 p2 x2 I' L1 `# l% h2 X
CL Z; V. X- B, V+ p5 p6 e+ Y% ]& Q
CDFS Z
) L( X0 b3 P) e, a( l! i F含义 高压转速1 x) s T# \, \- N, {
主燃烧室出口9 W; z: @$ C( t/ F/ g* N0 T& f( o
温度" r1 h' x. J! B5 q' [: d3 c1 H. S! A
风扇压比函数值2 H4 c9 `, f9 Z3 X1 v
CDFS压比函6 S F( y9 a/ l8 W2 g3 K+ j6 ^
数值4 a* F7 V2 U4 T4 s7 l6 I& q
最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
& w9 v$ h/ C0 C变量
- q7 T# w! h- z& d; h: f+ G/ wCH Z TH Z- n% o- a; x, q# j$ v9 e. e
TL Z
8 ]& |$ |, W% S5 a! X含义
; ^ P% z$ i" x! D8 y W高压压气机压
4 [$ g' z8 i0 m5 @; q' O比函数值
) S1 u/ I& ~/ U% Y8 C/ J. v: `& j) O: Y高压涡轮压比函数& U! C" o' g" c# G9 G) a
值% ~7 Y: i7 f5 M1 l
低压涡轮压比函数
7 d, u3 q8 t7 [5 E( X值
% Y6 S% u% S9 s& X- }8 l* y) o ~最优解 0.2899 0.246 0.91127 @ ]( @3 ^& c# T0 ^ P+ \: F
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5 Q0 {% W' a% D# S. U' f
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
) D v! ^, J3 X: ~) \& d; A: Q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
4 y3 o" J+ `& k' z( l' ^# b% A- M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8 K) R. o# ?0 F/ [. ?5 T# R
8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
* i' h0 ~- ]% O/ v; F T压涡轮导叶角度l 9 ?/ V1 d. ~! V- I. 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
( F( S: v3 C8 E2 |6 M$ I其他未知量与CD ， l ! q* O* G2 c4 A6 [8 ~) O9 l5 d
， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
9 g* u& z+ x7 ]1 l7 u$ ^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
* j1 B1 ~" X* \& i关于CD ， l & K; F' j0 s' s! d+ o
， 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
: x/ n' q8 f) J" c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
. q; Y$ c a) E, E, ^的求解过程和结果仍在研究过程中。2 X4 R7 R/ a6 C1 ]7 q( c0 ?. y% s
; l4 t& J K m$ ?1 \" R5 ]- l$ a
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狗仔卡
发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-10-9 08:57
