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摘 要：. h% n. H9 K$ p' ?, B
本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
# v9 C/ \ U1 W2 g+ Y# {+ S4 S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" O" b, v4 ~/ A. g: 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' z5 X$ c9 w( m& T
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
9 S' ^- x+ m; v [3 m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
/ R0 }; K& w6 P# v8 Q6 v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
/ s7 e$ k( G/ R5 |; ^, D% r# _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
, j7 b% ]" }- I: F4 f# j: x- D1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，1 Y& x! B: X" P. a* {( P
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。# J, [ b. `7 R6 H `
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
* u5 g x. e; 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) w7 l) A0 A. l0 C: D9 I) F7 R9 L6 }! g3 B
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
9 w' h' q6 Z' B知数，分别为：高压转速
& M! ], }' \ F ZH n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
, a& E' j! |7 k; v: r& zCL Z 、
; X. ?) w7 `% CCDFS Z 、. [% q+ \) i4 a" ]2 }7 r: E
CH Z 、TH Z 、; Q. V1 a( P7 w9 r+ c+ I s
TL Z 以及主燃烧室的出口温度*
$ }7 ^5 o. \1 T- g" p4 T 。由构建的发动机模
4 i" P4 U: ?4 |- i- D' G6 L) w# A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/ }/ t4 @' D; [3 G
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- k6 ?' h$ [0 N: o: p- _7 ]9 q& J3 @& [8 Y
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& W9 Y& v: n5 q8 D
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5 E( w ?; F$ b+ I/ f4 g' ^* w6 d
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4 l! S1 W1 N2 W* X( h8 o& W' S
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1 J. |7 ^* e" R3 Q+ V: j/ l
比较理想的解：
- p1 c- {) {8 N/ P' F6 T- 2 -8 G1 N) H' b" P" m" u8 F: C
变量- k1 Z* Y# O0 k4 \
H n *7 x# A) G$ j3 I0 [8 Y
4 T
y3 }- ^, S8 m% g* T& MCL Z3 u# S2 b+ a2 O7 f' u b0 h
CDFS Z: z( S% {5 h" q3 e7 q! `
含义 高压转速0 T) Y6 I' G1 o% _
主燃烧室出口
4 R* x, J! I' v# F9 l温度
" P/ ]! H1 V: F) h5 i' w+ e风扇压比函数值- K9 @4 _' X+ ?8 e+ q+ X
CDFS压比函8 y& x. a; V* V' G, o* N+ W/ j
数值7 ], a/ I! I5 x0 M( Y
最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
A; _ Z8 X. b变量
7 p) \6 v I0 I w2 @6 KCH Z TH Z
% z! g7 m& V; Y3 t/ dTL Z$ [' k5 y* B% X8 w% G9 F
含义
, V" T0 q3 @6 Y! H4 k" I# R高压压气机压/ x% L6 L! {% w" p+ Z
比函数值, N* j* ~: M7 ^0 p7 [' q2 Q, k0 B
高压涡轮压比函数
) V: c0 G+ T- z. @" H$ y值2 x0 l7 w" P! |& @
低压涡轮压比函数+ o) l! Y" I, `* V- H" R3 g
值; ^& K! o( r8 q" `2 I* {
最优解 0.2899 0.246 0.9112- Q5 E: \ ^- q
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3 j9 H) R* }& h- e+ H M
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. _' S) x2 M t! U
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
- J5 [, e, O' n7 L5 w$ \. c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0 a- [- Z2 ]7 ^7 i& }- [
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2 f2 _3 H, {# t% \5 H6 ~: O' v
压涡轮导叶角度l
6 W$ ^+ @- q& {: _4 c1 ?$ W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1 H6 M4 i1 f5 O
其他未知量与CD ， l 2 W5 u X, K3 E: }9 @( }
， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率# ~8 k" L9 W* K$ X
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9 Y9 e2 G& f5 Y7 h
关于CD ， l
+ I9 S4 U" }5 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
9 a) i( a- D% J% ^) D6 g) u" D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' O* _1 d3 y4 v
的求解过程和结果仍在研究过程中。) ~" Y$ ~! v* T# O* D1 D( j, Y: y
: @ R, j- G& a2 \ |
zan
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发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-9-10 17:05
