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[2013A题优秀论文] 变循环发动机部件法建模及优化

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madio        

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    发表于 2014-8-30 17:34 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta |邮箱已经成功绑定
    摘 要:, D$ z: E1 n4 D
    本文主要研究了变循环发动机部件法建模及优化问题,首先根据发动机七个
    , {# T: g0 y2 u$ m$ D; f9 v+ s平衡方程构建了描述发动机特性的非线性数学模型,运用改进的牛顿迭代法求解
    7 C0 p% C/ j4 m% D5 p) R5 F: Y模型,并通过建立有效性评价指标验证算法的合理性。针对发动机性能最优化问- h) v0 o* O% t; B" O! q* k  \
    题,建立了发动机性能寻优模型,应用遗传算法进行求解,分析得到发动机特性8 ?; P& z% o) u# w1 a$ \+ p
    最优时,CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度,尾喷管喉道面积随飞行马赫数的+ y3 f4 V9 u' `% O
    变化规律。7 b0 q! L: ^, J5 G
    对于问题一:首先根据增压比和压比函数值之间的数学公式,计算得到风扇9 J; Z" m9 m) G1 s
    特性数据表中流量和压比函数值之间的对应关系,进而画出流量随压比函数值变
      y& Y+ o% b) B0 `  q+ `; q化图形(见图3)。然后通过发动机各部件计算公式,推导得到风扇和CDFS 出口
    & ?/ [) k- B3 c9 ~- s$ A总温,总压和流量的计算模型,并在已知飞行高度、马赫数等初始条件下,最终- y# b: L9 o# W3 K; r( t  D7 \
    计算得到风扇和CDFS 出口参数值,最后对计算结果进行分析得到:气体从风扇' m( }; n; T" Z+ T1 n! V9 r& y; n
    到CDFS 传输过程中由于压缩做功,其总温和总压有一定的升高,由于分流或泄
    , u8 J2 f4 R5 j1 B4 G漏使流量有一定的减少。计算结果如下表:
    # e/ s1 p% |4 s5 C位置/结果 总温 总压 流量
    + J8 U: k/ |$ f风扇出口 380.06 1.31 19.05
    - \% |. l- W% i5 N6 VCDFS 出口 477.45 1.80 17.14$ T8 K1 z) L7 I5 O9 D
    对于问题二:首先将发动机7 个平衡方程构成的非线性方程组等价转化为误/ I+ X! R  O+ b5 H* y
    差方程,然后建立了以误差平方和为目标函数的最优化模型,并应用牛顿迭代法0 [+ t& `5 b+ k( u# @- i
    对模型进行求解。针对部件级模型建立和求解过程中由于二维插值和求解非线性
    ' W7 `: c$ `' e" m) S) Y方程会产生较大误差的问题,通过对压气机特性数据进行重构和独立变量的无因
    7 B2 {7 ]" ^* V0 e% k1 b) o; l% q1 D次化方法降低了求解误差。针对算法有效性问题,以平均误差率为有效性评价指3 a( e: _0 X# x0 K
    标,选取五组值作为验证集,得到平均误差率为EMS  0.0046,其值在要求精度
    * B+ M  u$ T1 Y7 R" r! M之内,进而验证其算法是有效的。其中最优化模型的其中一组解为:0.63,0.66,6 n! L2 f* q& ~" ^! A# X5 ?2 S' x7 K4 ]
    0.46,0.52,0.58,0.64,0.67,1220。(详见表5)
    ; s3 V/ \2 n  e. n; q& _2 a" n2
    . |$ T! Q" |- Z8 d3 f对于问题三:在研究发动机性能最优化问题时,首先将发动机性能优化问题( D% v# L# R  c$ X# P9 e
    描述为多目标非线性规划问题,建立了以发动机推力最大,单位推力最大和耗油$ D' Y. Z6 x& a# |$ ?
    量最小为目标函数的多目标非线性优化模型,然后采用遗传算法对模型进行求
    - E: `3 _7 s% a3 G9 [- C: i解。并得到发动机性能最优时相应的CDFS 导叶角,低压涡轮导叶角和喷管喉道
    ( P5 Q  M4 S- i; G$ G: E; `+ l7 B面积的值。由于是多目标优化问题,求解得到一系列的非劣解。其中的一个近似+ Y* ]+ Z8 e. j2 c) A! U& X
    最优解为:CDFS  8.33,CH 15, A8  9221.07。(详见表9)) f* b6 k9 B/ P9 q
    当发动机特性最优时,研究CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度,尾喷管喉  u8 o+ y1 o# }  G* ^
    道面积随飞行马赫数的变化规律,首先根据已经建立的发动机寻优模型,通过遗
    0 `$ B1 G  a. X  @8 W" k# D传算法求解得到不同飞行马赫条件下各参变量的值,然后通过数值分析拟合得到$ l# {) V' A2 J  y
    这三个参变量随马赫变化规律的曲线。并得到以下结论:
    8 @* {9 Q6 P& ^; A# v(1) CDFS 导叶角在一定范围内随着马赫数的增大而增大。
    : @" G" E$ ?/ l  K( P, G+ _. X(2) 低压涡轮导叶角在一定范围内随马赫数的增大而增大。( n: V2 Z. B9 [8 y& ?* _, j) D- F
    (3) 喷管喉道面积的值在一定范围内和马赫数近似的成正线性关系。
    : y  V4 w- g3 ?( b! x4 r
    ( M# Q, _4 b! n- k' a1 q+ b2 \

    A题三峡大学11075007队.pdf

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