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标题:
变循环发动机部件法建模及优化
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作者:
madio
时间:
2014-8-30 17:47
标题:
变循环发动机部件法建模及优化
摘要：
( g* H4 [. b, ^# o) b. l) h
本文主要解决的是变循环发动机部件法建模及优化问题。建立了基于多维
/ K1 Y+ N2 G5 C' u
非线性隐式方程组的变循环发动机部件模型，分别采用牛顿—拉夫逊法和遗传
+ L: ~) W" e$ H9 A, S+ Z# s- s5 p
算法对模型求解；建立了以发动机推力F 和耗油率scf 为目标的多目标最优化
& g+ V9 G% s* }5 |& P. I
模型，采用遗传算法对发动机单涵道工作模式下的工作参数进行优化，以使其
3 v% y0 b7 a" z- a1 {+ B
达到最佳性能。具体讨论了发动机性能最优时，CDFS 导叶角、低压涡轮导叶
! F/ B0 y0 \5 t
角、尾喷管喉道面积等发动机参数随飞行马赫数变化的规律。
7 H1 I; S( G( h1 P. |0 J
针对问题一：首先根据附件3 中的标准化公式，对附录4 给出的风扇的增
) X) p0 O% O! |. T$ ?: L
压比进行标准化处理得到zz 值。然后画出风扇流量在9 种不同的换算转速下随
) Y* y+ W3 c6 _( N# A( r
压比函数值变化的曲线图，如图4 所示。根据附件2 给出的各部件计算公式，
8 f" q- S- G# U5 x+ q7 @/ w: F
采用发动机部件建模法求出风扇和CDFS 的出口总温、总压和流量，如下表所
) o" w; K( i+ y$ I3 r& g0 `; A
示：
t8 R% L6 j! g$ ^! C$ r9 \
指标 出口总温 出口总压 出口流量
. @& }* n) j" J" B
风扇 379.2879 1.3057 19.0477
8 ^2 q# @7 A: L2 T
CDFS 420.3209 1.7973 17.1329
. H. P9 |; t% ?; M: _: n
针对问题二：在双涵道模式下，建立了发动机工作平衡的多维非线性隐式
( v2 [7 O) ~( Y. o+ o# Q5 \+ i( u
方程组。针对多维非线性隐式方程组模型的复杂性及隐式性的特点，由于迭代
) Y8 r3 \& w# ] w( G [
过程存在可能不收敛，因此本文采用了牛顿-拉夫逊法和遗传算法2 种不同算法
. X: f3 R$ o; p# Q6 C
进行求解。对于方程组采用两种算法分别求得牛顿—拉夫逊法的满意解和遗传
2 b6 m1 l, I5 `8 R F5 A% V
算法的最优解如下表所示：
- ~: P9 G$ X5 _9 T3 {* y
2
7 o& S, a& O6 q# v( q O/ H' V! ~
变量 H n CL Z CDFS Z CH Z *
' D5 M A& k0 g9 F7 G5 Y
4 T TH Z TL Z
2 S, _9 C% a( c7 t9 R; {
牛顿—拉夫逊法 0.950 0.541 0.451 0.306 1800 0.201 0.14
/ m% C' W/ u \. L
遗传算法 0.919 0.455 0.477 0.293 1800 0.172 0.1
8 m9 _% f9 {) O/ E- Y& ^6 x2 A
根据题目要求，在文中陈述了相应算法的关键步骤及其解释，并从多个方
, o. c* {1 w; X4 m
面比较了2 种算法的有效性，结果如下表所示：
3 ]0 e4 q: z8 t0 I
评价指标 收敛性 计算精度 计算效率 其他指标
+ A% J5 R X$ H' u$ Q8 w+ U
牛顿-拉夫逊法 局部收敛性 高精度 较高 对始值较敏感
9 p7 o3 I1 h7 w2 _; V: I8 q$ O9 w: H) S
遗传算法 全局收敛 高精度 不理想 无始值要求，通用
% d! i" s5 q5 k, D! F
对于问题三：第1 小问是在单涵道模式下，建立了以发动机推力F 和耗油
! _% b) I' S8 D6 L* Q% Q4 g& R
率scf 为目标的多目标最优化模型，并首先采用加权适应度函数将多目标优化问
. f* J' `' m2 X9 b
题转换为了单目标求解问题，采用遗传算法进行求解，得到发动机性能最优时
9 _$ I* c% X/ W7 x
CDFS 导叶角度、低压涡轮导叶角度、尾喷管喉道面积值如下表所示：
) |# n4 R* ^2 d1 c, i$ H# }
CDFS CH 8 A
/ f6 s! [5 A$ p/ l
-5 2.78 9.51103
% Y+ d: e! K) Y4 ~# j$ E# ?7 Q j
第2 小问在第1 小问的基础上，增加了马赫数的变化范围从1.1 到1.6，
' B( Z3 c1 {" H$ P {
且后混合器内、外涵道可调等条件。采用第1 小问的遗传算法，选定了马赫数
2 r \4 J$ @ L+ M
为1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6 时，求解发动机性能最优时CDFS 导叶角度、
1 U0 h+ a' J( Z
低压涡轮导叶角度、尾喷管喉道面积的值如下表所示，并分别作出了CDFS 导
: W" p3 H6 i, m/ z) s {+ d
叶角度、低压涡轮导叶角度、尾喷管喉道面积随马赫数变化规律的曲线图。
. c' v$ A4 t$ `+ f" F
Ma CDFS CH 8 A F Fs scf
4 b& d/ q5 U3 d; a; q8 ~+ M
1.1 -4.89 -0.3600 9.53103 9557.3 719.8540 0.1551
0 P% b* o' P! o+ N4 G
1.2 -3.55 -0.8430 9.63103 10292 720.1292 0.1516
/ U" s) V* L" ]6 r' C) |/ g
1.3 -4.95 0.3930 9.51103 10507 695.1700 0.1520
% j% w7 L, c4 Q1 W% S& T9 e
1.4 -4.99 -4.9900 9.54103 9405.8 612.7537 0.1730
/ m1 }2 @& X8 P% ~0 H
1.5 -5.00 2.7800 9.51103 12458 715.1500 0.1329
z2 U+ H: N5 X5 s/ Q+ f
1.6 -4.69 6.0300 9.56103 14492 752.7750 0.1164
! Z: S3 S. M e/ m' o7 p
关键词：多维非线性隐式方程组 牛顿-拉夫逊法 遗传算法 加权适应度函数
0 R' }4 h& }6 Q+ C9 g* N; D$ t5 o
多目标优化
* j( b1 f4 D- f2 O" S3 S* O
5 t7 ~6 I2 U" ~( m
A题三峡大学11075020队.pdf
2014-8-30 17:46 上传
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