徐义皓1,郑俊超2,3,谭春青3,唐海龙2,2
摘要: 精准评估推进系统性能是飞机/发动机一体化设计过程的重要环节,其决定了飞机可发挥的性能潜力。优化安装性能,降低安装损失是提高飞机性能潜力的有效方式。自适应循环发动机能在节流过程维持进口流量不变,从而降低进气道外流阻力,改善安装性能。然而发动机总体方案论证前期往往仅对发动机本身开展优化设计,忽略了进排气系统对发动机匹配状态的影响,难以确定推进系统最优状态与发动机最优状态的一致性,而两者最优状态的异同性则决定了设计过程引入模型的复杂度和优化优先级。基于此,开展以多控制变量和多工作模式的自适应循环发动机为研究对象的推进系统总体性能优化方法研究。首先,构建自适应循环发动机的总体性能计算模型和安装性能计算模型;其次,针对不同构型的进气道和喷管,开展关键设计参数对安装损失的影响研究并进行安装性能评估,优选最佳的进排气系统构型和参数;最后,发展一种基于随机搜索算法和回归分析的推进系统总体性能优化方法,建立了两种获得推进系统性能的快速优化方法:第一种是优化发动机性能后计算安装性能,第二种是直接优化推进系统安装性能,并开展两种方法下巡航节流特性和速度-高度特性优化设计对比。通过对巡航状态最优节流特性和不同速度高度最大推力特性的回归拟合精度分析及重合度对比,巡航状态两种方法最优节流特性线的均方根误差最大为0.01,两种方法最优速度-高度特性的均方根误差为0。由此表明,发动机的最优匹配状态可以表征推进系统的最优匹配状态,因此方案论证阶段无需引入进排气系统来保证推进系统的最优性,极大的简化了方案设计的模型复杂度。利用该设计方法可以针对不同构型的自适应循环发动机开展推进系统性能的快速优化设计,具有很强的工程指导意义和应用价值。
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