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摘 要：
9 B6 K1 @! K( y本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
: x: W# Q$ J( }, G& l: B- M3 t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% W) X9 |' ?+ S* \4 \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
! W, j- K* Z9 A+ P4 ?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
, m* J5 G, u3 r' m8 Y, H& S- F' l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
! w4 y- L; M o4 w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* t F r: h% r. Z
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, ~$ u( a7 ~! b
1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，9 \3 v! U( l5 `- _- \ M _3 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。 A) l6 I" V s; |
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 u9 s5 z1 f% }
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
% l" \; ^4 E# h; L. t/ }) K8 T. I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0 F: }3 p& b9 q* A; x% y
知数，分别为：高压转速
- n5 Z [' q7 O) Y) n! O$ eH n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
+ `# |- R- H% A( ?3 `- a% KCL Z 、
; {+ Q, ]( ]% d6 B, M& }0 PCDFS Z 、
9 b3 u5 [* }( i" R% |CH Z 、TH Z 、
$ s* P$ c9 V- p" Q5 Y* [8 Z( R9 W3 D4 UTL Z 以及主燃烧室的出口温度*' z, L$ B0 [ V
4 T 。由构建的发动机模
4 ^6 t; S" }) D0 d% z, I; 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8 w1 {" {+ J, r4 j7 B
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 [3 A/ X0 ?2 R6 J0 p
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5 a# ?. e. S4 u$ F7 p% _
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
8 M+ _! y5 a) Y* T p' |/ x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5 E6 B4 w' [( g. V1 y" B
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
: q7 I. z2 I7 Q) l o ]比较理想的解：0 C# g9 N+ P& p0 |/ p
- 2 -# c/ t0 q. e: W v2 J; ^
变量$ C( Y) ^+ d3 _- i; @
H n *
* }$ t+ O* w- ?5 g5 L2 W' f4 T" t' A d( s/ o
CL Z
8 @( E8 } Y" e5 y7 O& Y& D* MCDFS Z
, d0 C/ X, w, j6 _含义 高压转速4 |2 y% b3 _8 C1 W$ v( ~# V, |
主燃烧室出口
* Y9 `7 k; @. Z) {6 |温度
8 W2 v: }5 P5 k+ g K风扇压比函数值
- e- y, O9 L8 |9 ^/ P3 t. |7 DCDFS压比函
" B c3 |6 _6 b数值
( R/ K) l) K7 @7 w$ p3 X- e最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1
/ k* i# F" c5 Y9 A- i+ m变量) w2 i+ P% G" F) i* ]5 k
CH Z TH Z
6 Y/ k1 S( x1 t X4 T' t7 f% ITL Z
1 J2 ]) _: a. X1 F. H0 w) M8 N6 x含义1 }- ]6 T6 Z* j. t9 x
高压压气机压
, V3 m, f" B( T- h' x比函数值# W3 y/ W* a' E+ `
高压涡轮压比函数
- M7 w: s, n2 z" y" V# u值
/ k, ^- o& ], y8 B8 Z低压涡轮压比函数4 |+ R% }0 [0 F' i j: f
值0 O5 e3 q' Y9 f- F1 {3 b
最优解 0.2899 0.246 0.9112( g m( s2 u2 w8 ?
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 m4 a0 |% x8 E! {1 H+ }% C
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9 W0 c- i! `$ 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 K) {( A1 M+ n! p( r" J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 y J6 V4 T( e% a% }
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8 O8 R# P$ U: j& X) t3 k% c
压涡轮导叶角度l
s# U* R: D6 V% `$ N5 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7 \9 ?: [, i0 ]: v
其他未知量与CD ， l
& H+ A3 Z$ `, n$ L( @7 T- l3 ?， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
5 l2 D3 k; R- v6 X' b* Isfc，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$ t( [% i( E) y" c+ Q- Y9 C
关于CD ， l 0 R! }1 K. m. @9 g8 m& c/ o3 k
， 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
2 }! w* F: E3 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
% k- W8 U: T8 }) a的求解过程和结果仍在研究过程中。
6 }. b3 I; @; B% s7 a. q; x# B; [" }* U, D9 G1 U2 E, w3 d/ [
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狗仔卡
发表于 2014-8-30 17:32
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发表于 2014-9-10 17:05
