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摘 要：$ D- K/ o) t" p
本文研究的是变循环发动机部件法建模及优化问题。
* v1 Q- b, |+ z& u; I8 `7 g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
+ A! G6 n8 {( G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 z; I0 z6 G1 @! _$ U' @, A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
: P2 m! \8 }) { T$ V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( G; q: M" s$ O* R' u
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
1 S1 R! M/ B- w4 P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
+ B+ \6 f! A) d1.2883、总温为378.3326、流量分别为19.0477；CDFS 的出口总温为419.3767，+ H0 \9 k: U$ P, [7 N" Q" i! N& 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。
* r" G8 l1 h" T9 L( U# Q' 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- d: g' `# s M" ^4 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( B) o9 f* z/ |
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 e; a* `+ m% k- k1 |- |) `2 Z* C3 v知数，分别为：高压转速* Z2 s* w' l6 @8 Y* s1 A
H n 、风扇、CDFS、高压涡轮、低压涡轮的压比函数值：
$ Z+ \! `0 @# }6 Y8 lCL Z 、
4 O0 S/ M$ |6 a& O( C( g; CCDFS Z 、# ?9 R" k4 N. G# r4 ^$ [7 q
CH Z 、TH Z 、
! }1 z, T: b. ~. T' ~& ^2 pTL Z 以及主燃烧室的出口温度*
$ X/ D! O) _/ Y/ H! A4 T 。由构建的发动机模, |. N7 o4 B* `( G* z6 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, v5 a! C- _+ e. e T
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+ M5 [7 J7 m- H' H) g( ]# f' O, o
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
1 t# \8 P/ j0 H# Y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 n9 p- K& _- H0 q$ W0 j
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 w( y( [7 ^) X- m
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# U: A) l" V' U0 g
比较理想的解：
6 d) p, s' i' D: I& d8 s- 2 -& v2 @! r6 h' E" o: u8 O$ R! ?
变量: W) J0 J, Q$ q% I) x2 ]3 D5 f+ w! G9 \
H n *! f( T( ^6 T2 N
4 T! W- Z! o; h1 I
CL Z
/ y0 N( o' ^6 P2 K9 Y: @% \CDFS Z* ^( k' H$ J' c) {
含义 高压转速/ F6 z8 L- t% i7 z8 n4 x8 K
主燃烧室出口* w* B V" o0 E( j" \# R
温度5 H; U# o. R$ }+ ^- P9 e6 f. D1 W D
风扇压比函数值/ N. N' q( d# L/ c# v [, q
CDFS压比函
! @2 V0 Y w' w+ J0 f数值
5 b4 W% y, I6 y, Z" u7 W) p最优解 0.78 1369.9999 0.3394 1' v8 c" ?( c% d& P$ \0 U4 S
变量) T/ n- @5 j6 v* P8 g
CH Z TH Z3 h/ a, Q# a( z' ]3 ]6 `
TL Z
6 Y/ q6 e. n1 ~含义
1 J1 @. T; X I高压压气机压" _3 O* m! P) q+ C V& P, m
比函数值! l/ w" z% Y8 S. W: x
高压涡轮压比函数: M6 Q. g) c; l: G' i+ O2 a) R( B
值 D" b! ~( d! w8 s3 }- z
低压涡轮压比函数
& p* k! J$ s/ ?, q值% U# D7 T4 }2 O' z i3 J8 f7 e7 `+ J* T
最优解 0.2899 0.246 0.9112( i9 f; A l2 r* z; Z
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
* }7 m$ d2 R2 H7 j$ R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
$ F% b1 I- T/ A6 a; F/ J4 m) [3 i3 B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
" F6 t$ U9 `2 h `. |" c E4 O6 ^3 a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2 n3 X3 i5 ?2 X" \7 X. M: M$ B6 P
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
3 l- I8 K% _; q0 s压涡轮导叶角度l ' M# p% v. G- Y: H' y0 g2 X
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, [- t1 M6 g# m. e& ~
其他未知量与CD ， l
) u3 {' q/ V( U0 D. I4 _0 ^7 M， A 的关系。进而表示出发动机性能参数推力F，耗油率
2 H, \0 X( A* n! Z7 asfc，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
% h8 R+ k* T- s: G2 c+ d" s9 D关于CD ， l
# T: B- t! f% p b# [) s# Q/ 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
% M% f M4 q) x! Q) f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7 P# j9 c5 u( q; M5 @5 ]+ w
的求解过程和结果仍在研究过程中。7 Y) ?4 S1 p; A. x/ R$ n1 t$ b8 M
+ x# F8 D. N" c y |
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
