发动机性能的耦合优化计算.pdf

航空动力学报990206 航空动力学报 JOURNAL OF AEROSPACE POWER 1999年　第14卷　第2期　Vol.14　No.2　1999 发动机性能的耦合优化计算 ** 王逊 　张世铮　蔡睿贤　杜鹤龄　郭昕 　　 【摘要】　本文根据发动机整机试车结果，在测量数据较少且缺乏发动机部件特 性的情况下，通过耦合建模技术和最优化技术，推测出涡扇发动机主要部件（风扇、 高压压气机、高低压涡轮）的特性，建立较准确的发动机稳态工作数学模型。 　　主题词：　耦合　优化　航空发动机　性能 　　分类号：　V235.131 1　前言 　　耦合算法通过发动机整机试车数据与部件特性试验数据相比较，得到一组耦合系 数，利用这些系数对已有的部件特性加以修正，从而找出更接近实际运行情况的部件 特性。该算法已成功地应用于斯贝Mk202发动机稳态性能计算。它具有方便、灵活的 特点，但还存在以下局限性：（1）国外引进的航空发动机往往缺乏相应的压气机、涡 轮等部件特性。在部件试验台上测定部件特性因花费巨大又难以实现，而缺乏发动机 部件特性会给耦合计算带来很大不便。（2）耦合算法要求整机试车提供较完整的各部 件进出口压力、温度、流量、转速、等参数。而对从国外引进的航机，整机试车往往 仅测量其推力、耗油率、转速、涡轮后排气温度等参数，这些量既不能直接用于求取 部件耦合系数，在缺乏部件特性的情况下也不能间接求出耦合计算所需的部件进出口 参数，对于双轴发动机上述问题尤其突出。 　　因此为扩展耦合算法的应用范围，必须对其加以改进补充。本文引进最优化技 术，提出以耦合建模技术和最优化技术为基础的耦合优化计算。 2　耦合优化计算 　　本文要解决的问题是：在缺乏发动机部件特性的情况下，如何根据发动机整机试 车结果，推测出压气机、涡轮的部件特性，建立较准确的涡扇发动机数学模型。 　　由于缺乏部件特性，可先假定一组原始压气机、涡轮特性，例如采用已有的其它 相近似的部件特性或通用特性方程。根据整机试车结果求得耦合系数后再对已有的原 始部件特性加以修正，推测出发动机的实际部件特性。解决该问题的关键是耦合系数 的确定。 　　为解决前面所述问题，本文提出了耦合优化计算方法。与灵敏度分析法相比，优 化方法具有准确、快速的优点；与解方程组法相比，具有简便、灵活、易于实施的特 点。 file:///E|/qk/hkdlxb/hkdl99/hkdl9902/990206.htm（第 1／6 页）2010-3-22 22:44:29 航空动力学报990206 2．1　优化算法的数学模型 2．1．1　目标函数 　　选取整机试车结果与相应非设计工况计算求得的计算值的误差平方和作为目标函 数。其数学表达式为： 其中：X表示某种数据，下标i表示第i种测量数据；c表示计算值；t表示整机试车值。 推力，W2表示发动机进口空气流量，sfc表示耗油率,T5表示低压涡轮后排气温度，Nh 表示高压转子物理转速。 　　优化目标函数可写为： 2．1．2　设计变量 LC ，折合流量耦合系数 　　设计变量共10个，分别是：风扇：压比耦合系数φ ε LC LC HC φ ，效率耦合系数φ ；高压压气机：压比耦合系数φ ，折合流量耦合系 CW η ε 数φHC CW ，效率耦合系数φHC η；高压涡轮：折合流量耦合系数φHT CW ，效率耦合 系数φHT η；低压涡轮：折合流量耦合系数φLT CW ，效率耦合系数φLT η。 　　对假定的初始部件特性,利用耦合系数就可按下列公式加以修正并用于整机性能计 算。 　　低压压气机压比： 　　　　　低压压气机效 率：