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摘 要：
% b1 y6 w0 o5 D5 [本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。' ^( c+ O, d P' l% s 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
1 a$ q) N3 \) j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& p9 O" w+ ]' w" O: v
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
7 n# u0 _4 c/ r1 W+ O% U( u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
8 ?# L. e( [, ~1 S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 M3 u7 m r: K1 F, ~$ H
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( L/ o; p% F# o4 K6 p; z
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，( S0 A) j: A" ]7 F$ A8 ], ^
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。
9 H' j2 R c! l1 P" d1 n! `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
( k9 S5 V+ b0 O: h: q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
7 q! ?/ }5 {2 W% c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/ G: @7 p0 b4 M' V. \
知数，分别为：高压转速
2 o# o, Z3 u. f1 M8 K* pH n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
5 H( B M! R& c' {, f: |4 U, W, J, kCL Z 、$ a% k I% t9 h: l _- _! |9 }8 K
CDFS Z 、 O( K3 z" o, e1 r+ E' F
CH Z 、TH Z 、) d( |/ I) j: K2 }
TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
' V [' E- W+ y- S4 T 。由构建的发动机模$ d t& {% {/ @7 Q# x
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2 o3 q8 f6 o. V' r' e
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( D& L$ x9 \/ |! A+ G C( ^
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3 X7 X7 @- I" z" O" m. r4 S% |
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4 D7 v- f6 d# H1 s
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! Y+ [1 r$ n( T% z( j
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( @, } N" _" M5 \; P
比较理想的解：
6 C) b% k, R, |: U; I& Z- 2 -
4 m6 T6 d2 h6 s! |# G* p8 r. T3 H! _变量
5 i( ?* Y/ q: c3 g/ f5 ]H n *
1 m. ^1 x. q" Q3 ^4 I O4 T5 T0 W" F& s8 h% [$ `* s7 [
CL Z
W7 V; G, K9 W' B0 ACDFS Z
& b* n6 X9 ~$ X6 C4 B" r% T& q/ J含义 高压转速2 z- R; v9 N& r& B W
主燃烧室出口
9 }3 s" _7 ?) @0 }: Q温度
. t8 z! J0 Y/ N3 A9 I( L风扇压比函数值/ @$ Z% x1 g3 |: \* S$ N! v
CDFS压比函
: X# r! g! [9 z$ f% p- t: R$ ^数值
7 p2 `' {3 X K3 G: {最优解 0.78 1369.9999 0.3394 11 t) X4 f3 C! ]7 B
变量
3 G- W' a1 }8 A# I X) fCH Z TH Z
5 w! e+ F7 y( E4 e+ i7 {TL Z
9 D, z4 }% f" N含义2 t7 c( h& w7 t) r$ }3 _1 j- v2 W
高压压气机压
. s" G) m |8 b& w( e. Z/ U比函数值$ D) F; \ w% Z3 R
高压涡轮压比函数
; \1 ]3 i C1 o值+ E" R5 l) F. n0 o! q; l2 }
低压涡轮压比函数( S2 | Y+ c+ ]' z5 Y$ C
值
- B0 p; @$ a6 A- A5 @. b' l最优解 0.2899 0.246 0.9112 L0 D- A1 A& f6 {! i3 W
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' x% T0 h8 k/ i: k0 S3 P% H/ T0 Y3 q
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; k& _1 Y. t. z5 A. |- h- `) o
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, V7 M# N# [" ], P
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# Q; w6 |$ R0 A& ^" w0 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7 |! d. a( e# f, u z
压涡轮导叶角度l
" g! `. A: y' u" N& ~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
. N7 ?6 D- R* s9 G0 j3 y g其他未知量与CD ， l
, M) J! |' U- Z; S& I， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
9 k1 N9 N2 B y5 ]( c: M9 u: ysfc，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# e! D+ C# o- L( l' `; w
关于CD ， l ' u# i; d. S4 M
， 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/ u6 v3 V7 t2 V" h+ K( o$ I) ?1 b+ 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6 l8 r! N: D7 P9 ?) S; [# m$ a
的求解过程和结果仍在研究过程中。
4 ]: n! T( ~) ^, k7 r& Q% G" {' S5 d* h' j
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发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-9-10 17:05
