變循環(huán)發(fā)動機部件法建模優(yōu)化建模競賽作品(已修改)
2025-06-04 18:29 本頁面
【正文】 題 目 變循環(huán)發(fā)動機部件法建模及優(yōu)化 摘 要：本文利用附錄4給出的特性數(shù)據(jù)以及計算公式得出了風扇特性表中流量隨風扇壓比函數(shù)值的變化圖形規(guī)律，求出了給定條件下風扇和CDFS出口的總溫、總壓和流量，并進一步建立了發(fā)動機非線性平衡方程組求解的遺傳算法模型，并得到了給定條件下非線性方程組求解結(jié)果，進而了解了給定條件下變循環(huán)發(fā)動機雙涵道模式的工作狀況；同時還給出了計算發(fā)動機性能最優(yōu)對應的發(fā)動機CDFS導葉角度、低壓渦輪導葉角度和噴管喉道面積的求法。針對問題一。第一小問，借用附錄3中的壓氣機壓比函數(shù)值定義式，求得附錄4中風扇特性數(shù)據(jù)表中各換算轉(zhuǎn)速下增壓比對應的壓比函數(shù)值（見附表一），然后由所得壓比函數(shù)值及表中流量數(shù)據(jù)畫出了流量隨壓比函數(shù)值變化的圖形(見圖552)；第二小問，首先借助題中給定的物理轉(zhuǎn)速及壓比函數(shù)值利用附錄4中風扇和CDFS特性數(shù)據(jù)表插值并利用附錄一中公式（）進行修正得到二者對應的增壓比、效率和換算流量，由于風扇進口總溫、總壓=進氣道出口總溫、總壓，CDFS進口總溫、總壓=風扇出口總溫、總壓。借助修正的增壓比、效率、換算流量及題中所給初始條件并利用附錄中的相關公式可依次得到了風扇和CDFS的出口總溫；、。針對問題二。首先利用附錄4中的信息得到了題中7個非線性方程的基本參數(shù)表達形式。將題中的初始條件代入得到了僅含、、七個基本參數(shù)的具體形式非線性方程組。本文采用了遺傳算法對所得非線性方程組進行了求解，依次進行隨機生成初始化群體（即解的初始值）、選擇、交叉、變異計算、停止判斷操作。這些流程通過C語言編碼實現(xiàn)。通過計算得到所求非線性方程組解為指明了問題二給定條件下的變循環(huán)發(fā)動機雙涵道模式運行工作狀況。針對問題三。根據(jù)本問給定初始條件，可調(diào)未知參數(shù)共有11個，按照飛機發(fā)動機常用的調(diào)節(jié)規(guī)律，選擇其中的4個參數(shù)賦予初值。實際發(fā)動機非線性數(shù)學模型中，通常采用數(shù)值計算方法，首先給出一組7個獨立變量的初值，代入發(fā)動機模型，計算各平衡方程的誤差，通過一定的非線性方程組迭代解法，不斷地修正獨立變量的試給值，直至各平衡方程的誤差滿足設定的迭代精度要求，從而得出各個參數(shù)的值，然后由所得參數(shù)值，結(jié)合附錄1中計算發(fā)動機性能參數(shù)中的推力、單位推力、耗油率公式對變循環(huán)發(fā)動機的性能進行取優(yōu)評價，此時對應的發(fā)動機CDFS導葉角度、低壓渦輪導葉角度和噴管喉道面積即為所求。關鍵詞：變循環(huán)發(fā)動機；非線性方程組；遺傳算法；單/雙涵道模式 一、問題重述 問題背景由飛機/發(fā)動機設計原理可知，對于持續(xù)高馬赫數(shù)飛行任務，需要高單位推力的渦噴循環(huán)，反之，如果任務強調(diào)低馬赫數(shù)和長航程，就需要低耗油率的渦扇循環(huán)。雙涵道變循環(huán)發(fā)動機可以同時具備高速時的大推力與低速時的低油耗。變循環(huán)發(fā)動機的內(nèi)在性能優(yōu)勢，受到了各航空強國的重視，因此有必要對變循環(huán)發(fā)動機部件法建模問題進行深入研究，進而推動航空事業(yè)的發(fā)展。 現(xiàn)有信息和數(shù)據(jù)變循環(huán)發(fā)動機有兩種工作模式，分別為渦噴模式和渦扇模式。發(fā)動機在亞音速巡航的低功率工作狀態(tài)，風扇后的模式轉(zhuǎn)換活門因為副外涵與風扇后的壓差打開，使更多空氣進入副外涵，同時前混合器面積開大，打開后混合器，增大涵道比，降低油耗，此時為發(fā)動機的渦扇模式。發(fā)動機在超音速巡航、加速、爬升狀態(tài)時，前混合器面積關小，副外涵壓力增大，選擇活門關閉，迫使絕大部分氣體進入核心機，產(chǎn)生高的推力，此時為發(fā)動機的渦噴模式。燃氣渦輪發(fā)動機是由進氣道、壓氣機、主燃燒室、渦輪、噴管等部件組成的。如果計算機能夠?qū)@些部件的性能進行準確的模擬，那么也就能準確地模擬整個發(fā)動機的性能。這種建立在準確模擬發(fā)動機各部件性能基礎上的發(fā)動機性能計算方法，稱為部件法。該方法是建立在發(fā)動機各部件特性已知的基礎上的，因此是計算精度較高的一種方法。發(fā)動機各部件匹配工作時，受低壓軸功率平衡方程、高壓軸功率平衡方程、高壓渦輪進口截面流量平衡方程、低壓渦輪進口截面流量平衡方程、后混合器靜壓平衡方程、尾噴管面積平衡方程和風扇出口流量平衡方程7個平衡方程的制約，同時該問題給出了發(fā)動機部件計算公式、工質(zhì)熱物理性質(zhì)參數(shù)、氣動函數(shù)和壓氣機及渦輪特性等數(shù)據(jù)。 需要解決的問題 流量隨壓比函數(shù)值變化圖形的求解以及風扇和CDFS的出口總溫、總壓和流量的求解。（1）、請畫出附錄4中風扇特性數(shù)據(jù)表中流量隨壓比函數(shù)值變化的圖形。（2）、設在發(fā)動機飛行高度，飛行馬赫數(shù)的亞音速巡航點，導葉角度均設置為0176。，風扇和CDFS的壓比函數(shù)值都為，求風扇和CDFS的出口總溫、總壓和流量。 請運用或設計適當?shù)乃惴ㄇ蠼庥砂l(fā)動機7個平衡方程組成的非線性方程組。要求陳述算法的關鍵步驟及其解釋，盡可能討論算法的有效性。設在發(fā)動機飛行高度，飛行馬赫數(shù)的亞音速巡航點，采用雙涵道模式，導葉角度均設置為0176。，選擇活門完全打開，副外涵道面積設為，+004，尾噴管喉道面積。請
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