[发明专利]自适应变循环发动机多目标优化设计方法

说明书

本发明公开了一种自适应变循环发动机多目标优化设计方法。本发明方法以自适应变循环发动机的推力、耗油率及红外辐射强度满足设计指标作为优化目标，对自适应变循环发动机的循环参数进行多目标参数循环分析优化。相比现有技术，本发明根据参数循环分析模型，通过多目标优化算法对自适应变循环发动机在设计阶段调节发动机循环参数，进而优化变循环发动机总体性能，为提高自适应变循环发动机总体性能提供参考依据。

技术领域

本发明属于航空宇航推进理论与工程中的系统建模与仿真领域，具体涉及一种自适应变循环发动机多目标优化方法。

背景技术

在涡扇发动机总体设计方面，国外的发动机设计体系已经较为完善，各大发动机公司大量采用飞/发一体化的设计方法，建有完整的包含设计软件、设计数据库、设计规范与设计经验在内的设计体系，包括美国的GE公司、PW公司与AE公司,俄罗斯的Klimov、Omsk、Perm等公司或设计局，英国的RR公司，以及法国的SNECMA公司。美国凭借其强大的经济和科技实力，开展飞/发一体化隐身技术，在总体设计阶段就考虑到红外隐身和雷达隐身，极大程度上降低了隐身措施对发动机性能的影响，成功发展并装备了多种具有红外隐身能力或雷达隐身的发动机，同时还有多个在研型号。

2007年，美国选择了GE公司和罗罗公司来一同开发和研制自适应循环发动机，并开展了自适应通用发动机技术(ADVENT)，提出的自适应循环发动机如图1、2所示，该发动机其特殊之处在于采用下一代LEAP高压压气机、高温陶瓷基复合材料及增材制造部件等，其结构和材质可以使发动机耗油率降低25％、飞机的飞行航程增加30％，其推力也比军用战斗机发动机F135提高5-10％。其自适应风扇会产生第3股气流用于更大的功率提取或热管理，该涵道将使安装阻力减小，改进进口总压恢复，更低的排放温度，这对红外隐身的意义重大。第三涵道冷空气穿越核心发动机喷流时，已经带走一部分热量，降低排气温度，而外涵道气流升温后在内层喷管中形成更高压力，起到增推作用。另外，自适应循环发动机中心尾椎和内层喷管有效地遮挡了涡轮，使得发动机的后向雷达隐身大有改善。

与国外相比，我国自主研制的发动机型号产品相对较少，工程经验积累有限，技术验证不够充分，正处于从仿制到自主设计的过渡阶段。同时由于隐身技术被美国等军事强国列入国防关键和核心技术，尽管确认先进作战飞机和发动机采取了红外隐身措施，只能通过飞机外形和发动机进/排气系统流道等进行推测，无法掌握其关键技术。因此在采用传统设计方法时，飞机、发动机分开设计，而后再反复协调的设计方法，一般只能选出一个较好满足飞行任务要求的发功机方案。但是这种方法必须在两个部门间往返协调，工作量大，设计周期长，不可能对更多的方案进行评选，因此难以实现飞机和发动机性能最优化设计，研制出具有高隐身性高性能的发动机。

综上，国内外在进/排气系统红外隐身技术研究中做了较多的研究和工作，但并未考虑到其对发动机总体设计的影响。倘若在发动机总体设计阶段通常未考虑到隐身性能，将导致部分红外隐身措施使用在发动机上时，会影响到原发动机的工作状态，降低发动机的性能。为此，研究自适应变循环发动机多目标优化设计方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种自适应变循环发动机多目标优化设计方法，使设计的自适应变循环发动机具有更好的总体性能，并在设计过程中考虑发动机排气系统红外辐射，进一步提高发动机红外隐身性能。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

自适应变循环发动机多目标优化设计方法，以自适应变循环发动机的推力、耗油率及红外辐射强度满足设计指标作为优化目标，对自适应变循环发动机的循环参数进行多目标的参数循环分析优化；其中，优化目标函数具体如下：