變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)部件法建模優(yōu)化建模競(jìng)賽作品-全文預(yù)覽
【正文】 馬赫數(shù)從變化到，發(fā)動(dòng)機(jī)特性最優(yōu)時(shí)，CDFS導(dǎo)葉角度、低壓渦輪導(dǎo)葉角度，尾噴管喉道面積隨飛行馬赫數(shù)的變化規(guī)律。請(qǐng)運(yùn)用或設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乃惴ㄇ蠼庥砂l(fā)動(dòng)機(jī)7個(gè)平衡方程組成的非線性方程組。 請(qǐng)運(yùn)用或設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乃惴ㄇ蠼庥砂l(fā)動(dòng)機(jī)7個(gè)平衡方程組成的非線性方程組。 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(fēng)扇和CDFS的出口總溫、總壓和流量的求解。如果計(jì)算機(jī)能夠?qū)@些部件的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬，那么也就能準(zhǔn)確地模擬整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 現(xiàn)有信息和數(shù)據(jù)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)有兩種工作模式，分別為渦噴模式和渦扇模式。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型中，通常采用數(shù)值計(jì)算方法，首先給出一組7個(gè)獨(dú)立變量的初值，代入發(fā)動(dòng)機(jī)模型，計(jì)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(dú)立變量的試給值，直至各平衡方程的誤差滿足設(shè)定的迭代精度要求，從而得出各個(gè)參數(shù)的值，然后由所得參數(shù)值，結(jié)合附錄1中計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)中的推力、單位推力、耗油率公式對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行取優(yōu)評(píng)價(jià)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)CDFS導(dǎo)葉角度、低壓渦輪導(dǎo)葉角度和噴管喉道面積即為所求。這些流程通過C語言編碼實(shí)現(xiàn)。針對(duì)問題二。題 目 變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算公式得出了風(fēng)扇特性表中流量隨風(fēng)扇壓比函數(shù)值的變化圖形規(guī)律，求出了給定條件下風(fēng)扇和CDFS出口的總溫、總壓和流量，并進(jìn)一步建立了發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)而了解了給定條件下變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)雙涵道模式的工作狀況；同時(shí)還給出了計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)性能最優(yōu)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)CDFS導(dǎo)葉角度、低壓渦輪導(dǎo)葉角度和噴管喉道面積的求法。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(guān)公式可依次得到了風(fēng)扇和CDFS的出口總溫；、。本文采用了遺傳算法對(duì)所得非線性方程組進(jìn)行了求解，依次進(jìn)行隨機(jī)生成初始化群體（即解的初始值）、選擇、交叉、變異計(jì)算、停止判斷操作。根據(jù)本問給定初始條件，可調(diào)未知參數(shù)共有11個(gè)，按照飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)常用的調(diào)節(jié)規(guī)律，選擇其中的4個(gè)參數(shù)賦予初值。變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)在性能優(yōu)勢(shì)，受到了各航空強(qiáng)國(guó)的重視，因此有必要對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)部件法建模問題進(jìn)行深入研究，進(jìn)而推動(dòng)航空事業(yè)的發(fā)展。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、主燃燒室、渦輪、噴管等部件組成的。發(fā)動(dòng)機(jī)各部件匹配工作時(shí)，受低壓軸功率平衡方程、高壓軸功率平衡方程、高壓渦輪進(jìn)口截面流量平衡方程、低壓渦輪進(jìn)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(fēng)扇出口流量平衡方程7個(gè)平衡方程的制約，同時(shí)該問題給出了發(fā)動(dòng)機(jī)部件計(jì)算公式、工質(zhì)熱物理性質(zhì)參數(shù)、氣動(dòng)函數(shù)和壓氣機(jī)及渦輪特性等數(shù)據(jù)。風(fēng)扇和CDFS的壓比函數(shù)值都為，求風(fēng)扇和CDFS的出口總溫、總壓和流量。選擇活門完全打開，副外涵道面積設(shè)為，+004，尾噴管喉道面積。（1）、設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)飛行高度，飛行馬赫數(shù)的超音速巡航點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用單涵道模式，將選擇活門面積設(shè)置為0，風(fēng)扇導(dǎo)葉角度、高壓壓氣機(jī)導(dǎo)葉角度、高壓渦輪導(dǎo)葉角度均設(shè)置為，+004。第一小問可借用附錄3中的壓比函數(shù)值定義式，求得附錄4中風(fēng)扇特性數(shù)據(jù)表中增壓比對(duì)應(yīng)的壓比函數(shù)值，然后由所得壓比函數(shù)值及流量數(shù)據(jù)畫出流量隨壓比函數(shù)值變化的圖形。 問題二針對(duì)本問題。針對(duì)本問題。 如果計(jì)算機(jī)能夠?qū)ψ冄h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬，那么也就能夠準(zhǔn)確地模擬整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。四、符號(hào)說明五、模型建立和求解 求解問題一 風(fēng)扇特性數(shù)據(jù)表中流量隨壓比函數(shù)值變化的圖形由附錄3中的壓氣機(jī)壓比函數(shù)值的定義可知，壓比函數(shù)值z(mì)z可以如下算得：設(shè)壓氣機(jī)某換算轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的增壓比數(shù)據(jù)（見附錄4）的最大值為，最小值為，則定義該換算轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的壓氣機(jī)增壓比的壓比函數(shù)值為： （）由附錄4中風(fēng)扇特性數(shù)據(jù)，利用公式（）、。；；。之后，計(jì)算出口總溫和總壓。再利用與風(fēng)扇總溫總壓同樣的求解方法可以得出CDFS的出口總溫總壓；同樣采用附錄4中CDFS特性數(shù)據(jù)線性插值并修正獲得的流量結(jié)合附錄1中的公式（）求出CDFS出口流量。 遺傳算法模型的建立與求解由于發(fā)動(dòng)機(jī)的7個(gè)平衡方程組成的非線性方程組，利用傳統(tǒng)的非線性方程組求解，無論是從算法的選擇還是算法本身的構(gòu)造都與索要解決的問題的特性有很大的關(guān)系，很多情況下算法中算子的構(gòu)造及有效性會(huì)成為我們解決問題的巨大障礙。在整個(gè)自變量的有界區(qū)域，當(dāng)上述非線性方程組有解時(shí)，函數(shù)滿足；即，函數(shù)的極小值為0很顯然上述非線性方程組的求解問題就等價(jià)成了函數(shù)的極小值問題，從而，通過構(gòu)造的函數(shù)，將非線性方程組的求解問題轉(zhuǎn)換成了遺傳算法優(yōu)化問題[6]函數(shù)取極小值時(shí)的X即為所求方程組的解。 ③
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