论文部分内容阅读
航空发动机模型是研发先进航空动力装置的重要工具,模型精度决定着所建模型的适用范围,是评价模型价值的重要指标。由于各部件的安装和制造工艺水平、部件性能退化以及复杂交变的工作环境等因素的影响,使发动机部件的实际特性发生改变,造成发动机模型精度的降低。本文针对此问题,以DGEN380涡扇发动机为研究对象,建立该型号发动机部件级模型,依据发动机试验数据,开展发动机部件级模型部件特性修正方法研究,主要的研究内容如下:(1)依据DGEN380发动机设计点参数,利用部件法建立DGEN380涡扇发动机各部件模型,根据发动机稳态共同工作方程,建立整机稳态模型。以N-R法为基础,通过加入求解变量约束机制和自适应变步长机制构造了改进N-R法,通过仿真结果表明改进N-R法对于不同的初猜值条件和不同的计算步长表现出良好的适应能力,能够保证算法求解的收敛性能以及求解速度。基于改进N-R方法对于稳态模型进行求解,将求解结果与试验数据进行比较,证明稳态模型具有一定的精度但还需进一步修正。(2)针对常用的3种部件特性修正优化算法:遗传算法(GA)、微分进化算法(DE)和粒子群算法(PSO),进行了机理分析和算法编码,并以压气机部件为例,测试并比较了各个算法的修正性能。结果表明:与GA算法相比,DE算法和PSO算法对于多目标多参数修正适应性更高,成功率可达100%,误差都保持在1%以内;PSO算法具有编码简单的优点,但收敛速度受惯性权重ω取值影响。因此提出一种自适应变惯性权重的方法来改进粒子群算法的求解性能,通过仿真验证改进PSO算法在满足求解精度要求的同时收敛性能和求解速度得到提高。(3)利用改进PSO算法在设计点处对DGEN380发动机风扇、压气机、高压涡轮以及低压涡轮部件模型的部件特性图进行修正更新,对于设计点的修正采取对整个部件特性图进行小范围的调整的策略。通过仿真结果表明,修正后模型输出目标参数的相对误差满足1%精度要求,实现了模型设计点的精确匹配。(4)基于设计点修正结果,提出一种依据待修正点位置进行分区局部修正的非设计点修正方法。该方法根据待修正点以及基准点位置所在区域,选取部分特定的特性线进行调整,以保证已修正完成的基准点位置的模型精度不受影响。以慢车点、巡航点和起飞推力点三个非设计点为例,基于改进PSO算法开展发动机部件级模型非设计点修正工作。仿真结果表明,在修正后其工作状态下模型的目标参数相对误差均保持在1%,平均误差分别为0.282%、0.291%和0.289%,满足精度要求,验证了非设计点修正方法的可行性。