[发明专利]一种航空发动机总体性能优化方法

说明书

本发明的目的在于提供一种航空发动机总体性能优化方法，包括两轮优化过程，并且在第二优化计算中包括了对短舱阻力的优化，使得通过优化得到的航空发动机设计方案更加全面。优化平台将第一优化计算的优化结果作为第二优化计算的输入，以减少第二优化计算时的收敛时间。本发明公开的航空发动机总体性能优化方法能够提高优化计算的速度，缩短研发周期，同时在发动机概念设计阶段引入对短舱阻力的优化，使得方案设计更为合理。

技术领域

本发明涉及航空发动机设计领域，更具体地涉及一种航空发动机总体性能优化方法。

背景技术

国际民航组织对航空发动机噪声、污染排放等指标的要求越来越严格，因而在航空发动机概念设计阶段初期如果单一地考虑油耗指标，会使得优化结果过于片面，导致航空发动机设计存在缺陷。随着涉及到的学科不断增加，优化问题也转化为多目标问题，传统的手动迭代方法效率较低，且不能充分考虑各学科间的耦合关系，很难寻求到多目标问题的最优解。

以往的发动机概念设计阶段并没有考虑到短舱阻力的影响，而当发动机涵道比持续增加时，短舱阻力对发动机概念设计阶段的设计方案具有不可忽略的影响。因此，针对于大涵道比发动机，有必要在发动机概念设计阶段就将短舱阻力的影响纳入到方案设计当中，从而使得方案设计更为合理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机总体性能优化优化方法，该优化方法能够提高优化计算的速度，缩短研发周期，同时在发动机概念设计阶段引入短舱阻力，使得方案设计更为合理。

为实现所述目的的航空发动机总体性能优化方法，用于优化航空发动机的设计方案，包括以下步骤：

a.建立包括航空发动机的设计变量、约束条件和多个优化目标的优化数学模型；

b.对多个优化目标中的第一优化目标进行第一优化计算，并获得第一优化结果；

c.将第一优化结果作为输入，进行第二优化计算，并获得第二优化结果；

d.对第二优化结果中的多个总体性能最优方案的进行校核；

其中，所述第二优化计算包括以下步骤：

c01.将第一优化结果作为输入，进行设计点性能计算；

c02.将设计点性能计算的结果作为输入，进行非设计点性能计算；

c03.将非设计点性能计算的结果作为输入，进行尺寸计算；

c04.将尺寸计算的结果作为输入，进行重量计算；

c05.将非设计点性能计算的结果作为输入，进行排放计算；

c06.将非设计点性能计算的结果和尺寸计算的结果作为输入，进行噪声计算；

c07.将尺寸计算的结果作为输入，进行短舱阻力计算；

c08.将非设计点性能计算的结果、重量计算的结果和短舱阻力计算的结果作为输入，进行轮挡燃油计算；

c09.将排放计算的结果、噪声计算的结果、轮挡燃油计算的结果和非设计点性能计算的结果作为输入，对多个所述优化目标进行总体优化，并获得第二优化结果。

所述的优化方法，其进一步的特点是，所述第一优化计算采用的计算方法是多岛遗传优化算法；所述第二优化计算采用的计算方法是第二代非劣解排序遗传算法。

所述的优化方法，其进一步的特点是，所述设计变量包括涵道比、风扇外涵压比、风扇内涵压比、风扇增压机压比、高压压气机压比、燃烧室出口总温、进口换算流量；所述约束条件包括高温起飞高压涡轮前总温、高温起飞低压涡轮前总温、高温起飞压气机出口总温、最大风扇直径、高压涡轮膨胀比、低压涡轮膨胀比；所述优化目标包括轮挡燃油值、NO_X排放指标、整机噪声、整机重量。