[发明专利]一种变循环发动机稳态性能分析及优化方法

说明书

本发明涉及一种变循环发动机稳态性能分析及优化方法，包括步骤1：校核发动机性能计算程序；步骤2：单参数调节影响分析；步骤3：选取自变量、自变量范围及响应变量；步骤4：选取试验设计方法及样本方案；步骤5：计算样本方案；步骤6：建立近似模型；步骤7：建立优化方程组及求解；步骤8：多参数耦合影响下发动机特性分析。通过本发明的方法，能够以较少的方案计算量、科学的数据分析方法，简单直观地获得更全面的可调节部件参数对发动机稳态性能优化目标的影响特性，并能够根据优化目标，方便快速地得到最佳的可调节部件参数匹配方案，从而对发动机稳态性能进行分析及优化，具有精度高、易操作等优点。

技术领域

本发明属于航空发动机设计领域，尤其涉及一种变循环发动机稳态性能分析及优化方法。

背景技术

近年来，战斗机正朝多用途、宽包线方向发展，这促使研究者注重变循环发动机技术的研究。变循环发动机通过改变发动机部件的几何形状、尺寸或位置来调节热力循环参数，能够同时发挥大、小涵道比发动机的优势，使发动机兼具大推力与低油耗特性，使得发动机在各种工作条件下都具有最佳的热力循环，从而对飞行速度和高度有良好的适应性，是目前航空发动机的重要研究方向。变循环发动机相比常规涡扇发动机增加了模式选择阀、可调导叶核心机驱动风扇、可变面积前/后涵道引射器、变几何低压涡轮等可调节部件，调节变量为常规涡扇发动机的四倍以上，方案计算量将呈幂指数增长。此外，各可调部件对总体性能的影响存在显著的交互耦合作用，其特性分析及性能优化工作较常规涡扇发动机的复杂度、难度显著增加。因此，寻求一种简单、有效的变循环发动机性能分析及优化方法，对变循环发动机的设计研究具有重要意义。

发动机性能优化中，一方面要通过可调部件的调节使得发动机保持良好的性能指标，另一方面还必须满足压缩部件的稳定性要求。国内对变循环发动机的研究起步晚、研究基础薄，在工程上，主要参照常规涡扇发动机的研究方法，基于大范围的可调部件参数研究结果，根据约束条件进行筛选，观察分析变化规律，细化调节范围及步长、反复计算，最终得到工程上的最优方案。在基础研究方面，高校研究者主要基于遗传算法等优化算法开展变循环发动机稳态性能的优化研究。以上方法均存在局限性：基于大范围可调部件参数研究的优化方法，存在计算量大、计算需要反复迭代、设计效率低、无法考虑到空间内所有解等问题，并且数据处理繁杂，必须由经验丰富的工程设计人员完成，数据分析难度高，特性规律不易提取；基于遗传算法等优化算法的优化方法，虽然能快速得到优化结果，但这种方法类似于优化“黑箱”，无法得到可调部件调节对稳态性能的影响过程及规律，不利于对变循环发动机特性的研究。此外，工程上要结合部件设计难度等工程实际，综合选取最优方案，理论最优解并非工程最优解，因此这种优化算法不能满足工程应用的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种变循环发动机稳态性能分析及优化方法，解决目前上述任一问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变循环发动机稳态性能分析及优化方法，包括

步骤1：校核发动机性能计算程序

在所述计算程序内输入已知发动机的输入参数，利用计算程序计算得出所述输入参数下发动机的输出参数，将所述输出参数与相同输入参数条件下的已知输出参数进行对比，校核所述计算程序的精度；

步骤2：单参数调节影响分析

在所述计算程序内输入待研究发动机的输入参数，改变所述输入参数中的单个可调部件参数，利用计算程序计算得出单个可调部件参数对发动机输出参数的影响规律；

步骤3：选取自变量、自变量范围及响应变量

综合所述步骤2得出的影响规律及发动机性能优化目标，选取与优化目标相关的多个可调部件参数为自变量并确定所述自变量的变化范围，选取与优化目标相关的多个所述输出参数为响应变量；

步骤4：选取试验设计方法及样本方案