本文關(guān)鍵詞：基于多項式泰勒展開法的航空發(fā)動機(jī)火焰筒振動與推力優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 火焰筒 振動模態(tài)分析 推力計算 多項式泰勒展開法

【摘要】：火焰筒是航空發(fā)動機(jī)燃燒室非常重要的一個部件。根據(jù)其工作原理,火焰筒的優(yōu)化計算涉及多個學(xué)科的知識,如振動模態(tài)分析和推力計算中包含物理學(xué)、化學(xué)、燃燒學(xué)、振動學(xué)和氣體動力學(xué)等學(xué)科的知識,同時各個學(xué)科之間也是相互交錯的,因此傳統(tǒng)的優(yōu)化算法不利于火焰筒的優(yōu)化計算,而應(yīng)采用多項式優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化。本文利用Matlab有限元工具箱編寫火焰筒的振動模態(tài)分析和推力計算程序,然后基于二階多項式泰勒展開法來對系統(tǒng)方程展開。系統(tǒng)方程中出現(xiàn)的一階靈敏度和二階靈敏度,采用拉格朗日因子函數(shù)對其進(jìn)行求解,對設(shè)計變量迭代的最優(yōu)變化值利用BFGS法來進(jìn)行優(yōu)化求解,步長運用黃金分割法來進(jìn)行求解。本文火焰筒的優(yōu)化計算分兩部分:一部分是在振動模態(tài)分析的基礎(chǔ)上,運用求解的模態(tài)向量和固有頻率作為系統(tǒng)方程的響應(yīng)向量和響應(yīng)值。本文把火焰筒有限元模型劃分為八個單元組,選其中第三、第四、第五和第六單元組的楊氏模量作為設(shè)計變量,利用Matlab有限元工具箱并選擇不同的修正參數(shù)來編寫算法程序,根據(jù)程序運行的結(jié)果,可以較準(zhǔn)確地求出迭代值,并通過比較選出振動模態(tài)分析中的最優(yōu)方法;另一部分是在推力計算的基礎(chǔ)上,按照各個部分產(chǎn)生的推力值和火焰筒表面因膨脹壓力產(chǎn)生的應(yīng)力值作為響應(yīng)值和響應(yīng)向量,選取噴嘴噴出燃料的角度、燃?xì)饬髁�、燃料擴(kuò)散的最大壓力和壓氣機(jī)出口處的壓力四個變量作為優(yōu)化的設(shè)計變量。同時也利用Matlab有限元工具箱并選擇不同修正參數(shù)和修正范圍來編寫算法程序,根據(jù)程序運行的結(jié)果,可以求出高精度的迭代值,并根據(jù)推力優(yōu)化中的迭代次數(shù)和迭代精度選出推力優(yōu)化算法的最優(yōu)方案�？傊�,本文提出了針對火焰筒優(yōu)化的一種新方法,并且優(yōu)化的結(jié)果和目標(biāo)值比較接近,推力優(yōu)化后的平均迭代精度能夠達(dá)0.5%以下,此精度已經(jīng)特別高;振動模態(tài)分析雖然迭代精度為2%以下,但還是比較理想的。通過本研究,也對多項式泰勒展開法再次進(jìn)行了理論驗證,說明多項式泰勒展開法是一種行之有效的優(yōu)化方法,利用該方法可對其它復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行優(yōu)化計算。
【關(guān)鍵詞】：火焰筒 振動模態(tài)分析 推力計算 多項式泰勒展開法
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V231
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 課題研究背景與意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述15-18
• 1.2.1 火焰筒的優(yōu)化研究現(xiàn)狀15
• 1.2.2 振動模態(tài)分析的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 發(fā)動機(jī)推力計算的發(fā)展與現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 多項式優(yōu)化算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 研究內(nèi)容18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第2章 模型的建立19-22
• 2.1 火焰筒實體模型的建立19
• 2.2 火焰筒有限元模型的建立19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-22
• 第3章 火焰筒的振動模態(tài)分析22-27
• 3.1 火焰筒定位方式22
• 3.2 火焰筒材料屬性和單元劃分情況22
• 3.3 火焰筒的振動模態(tài)分析結(jié)果22-26
• 3.4 本章小結(jié)26-27
• 第4章 火焰筒的推力計算27-35
• 4.1 燃燒時膨脹壓力作用產(chǎn)生的推力計算27-31
• 4.1.1 壓力分布的計算27-30
• 4.1.2 火焰筒各部分面積計算30
• 4.1.3 壓力載荷30-31
• 4.1.4 等效節(jié)點壓力載荷31
• 4.1.5 燃燒膨脹產(chǎn)生的推力計算31
• 4.2 氣體力產(chǎn)生的推力31-32
• 4.2.1 壓力分布的計算31
• 4.2.2 進(jìn)口和出口壓力計算31-32
• 4.2.3 氣體力產(chǎn)生的推力計算32
• 4.3 火焰筒產(chǎn)生的總推力32-33
• 4.4 火焰筒的指標(biāo)參數(shù)33-34
• 4.4.1 單位推力33
• 4.4.2 單位燃油消耗率33
• 4.4.3 發(fā)動機(jī)的推重比33-34
• 4.5 本章小結(jié)34-35
• 第5章 多項式泰勒展開法的原理35-41
• 5.1 建立多項式系統(tǒng)方程35-36
• 5.2 使用拉格朗日因子建立響應(yīng)參數(shù)函數(shù)36-37
• 5.3 靈敏度的計算37-39
• 5.4 擬牛頓法優(yōu)化系統(tǒng)方程39-40
• 5.4.1 優(yōu)化系統(tǒng)方程39-40
• 5.4.2 步長的優(yōu)化求解40
• 5.5 本章小結(jié)40-41
• 第6章 優(yōu)化算法的運算結(jié)果41-60
• 6.1 基于多項式泰勒展開法振動模態(tài)分析優(yōu)化研究41-46
• 6.1.1 多項式優(yōu)化算法的初始設(shè)定41-42
• 6.1.2 優(yōu)化算法的迭代結(jié)果42-46
• 6.2 基于多項式展開法的推力優(yōu)化研究46-59
• 6.2.1 多項式優(yōu)化算法的初始設(shè)定46
• 6.2.2 選取2G為修正參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果46-49
• 6.2.3 選取2G、4G為修正參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果49-52
• 6.2.4 選取1G、2G、4G為修正參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果52-55
• 6.2.5 選取1G、2G、3G、4G為修正參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果55-59
• 6.3 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論與展望60-62
• 結(jié)論60-61
• 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 致謝65-66
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況66-67
• 附錄B 論文的部分程序67-69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：848809