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标题: 基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化 [打印本页]
作者: madio    时间: 2014-8-30 17:51
标题: 基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化
摘 要：/ ?) T- N/ ~5 |" k8 w. |
本文研究了题目中的所有问题，对问题一、二中的双涵道（涡扇）模式和  {$ ^; C( U! h$ X: {3 a
问题三中的单涵道（涡喷）模式分别建立了相应模式下的部件模型和整机气动
% X  G  c1 T. P9 i" i0 v热力学模型，利用遗传算法能解决高复杂性、多变量非线性方程问题的优点，
/ x# [7 O- J/ I1 `本文基于遗传算法对各个模型进行求解与优化，并最终获得了相应结果。: m* c7 g; }3 w' k7 w; C
针对问题一：
/ l4 q! \/ g1 l1 E! `0 n, B首先，作出风扇的特性曲线图；对图进行分析可知：对于某一特定换算转速5 D$ F  S5 ]8 P; {
下，当压比函数值不断减小时，流量逐渐趋近平稳；当压比函数值一定时，换算" P5 P+ f6 u5 l8 H  e% D3 Y
转速越大流量就越大，当压比函数值增大到一定程度后流量会减小。, ]' E. I5 i0 P
其次，分别对进气道、风扇和CDFS 进行建模，运用二次线性插值获得对应+ l; O( `' i' p3 \1 F
的流量和效率代入模型，用牛顿迭代法反解出口总温；结果如下表1 所示：* y$ R* E& u! i0 s& E- w& R7 L1 r/ p
表1 问题一的数值结果
2 M6 @  ]# B5 i/ M参数名称
+ t9 w: D! V, Y( q* h4 N部件名称# w2 _' [2 t- Q3 J/ {6 g3 p: [9 U
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
! a% y, d9 Y3 v& I8 r# {! k风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
4 D# l7 U( D5 U! L( dCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6: a6 L4 S3 }0 J' D
针对问题二：
. V" C: n/ |" C5 i8 ]此问题是发动机处于双涵（涡扇）工作模式的研究，首先，对此模式下发动5 y! S1 W9 R( c, F7 e: V/ i
机各个部件进行了建模，之后根据气动热力学过程对各部件模型进行整合建成整
  [; H) r3 m4 v0 j0 T$ G; ]机模型，确定非线性方程组。  |. Y7 R( B& {' `& l1 @
2# D+ C) k' S0 f. S# e
其次，根据发动机的平衡方程确立非线性方程组的求解约束条件：8 X- w1 @7 @+ X; d
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）! r! ?- k/ n: N, z- e, m% P9 }
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
1 C) @% L# W* q, K9 V; \* S3 T, W' '7 B7 E, L7 t8 J; v3 J! C
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）$ H$ x+ }! E! _
' '9 t- k2 O' ]* r" x9 s: _
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）; i, b6 z. X4 {5 T, U; K
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）! |7 L; Z2 v8 M5 E
' '1 w; J' H! @$ g7 O% T: \: E
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）4 u, V& W+ b& Q" r
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）5 X4 F2 M1 @/ s
最后，采用遗传算法解非线性方程。但由于遗传算法为仿生算法，每次运行
' ?/ X/ ^! y% X& ?4 L- h! @程序的结果可能不尽相同，但是每次运算的误差是保证在10%以内的，这保证了
+ v8 Y! z, E& I: B& o2 T模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
: ~% ~, n% C2 V3 W, G% f表2 非线性方程组的求解结果
; {, t; q9 j: h, d$ P/ v9 X变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z( M  g* z) u7 X
求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
6 q3 C8 C) @% x7 |9 E针对问题三：) k. Y+ `) Q$ a1 Q7 b# J
此问题中发动机处于单涵模式工作状态，本问题其实是在发动机最优性能的: Q6 P6 r+ I) k+ M& M. P; a5 H* T
条件下，通过调节规律t 4 T  const，求出三个导叶角的最优组合值。首先，在性
& ^( u, `0 D- X& Q能最优的条件下，从发动机设计全局出发，建立单涵模式下发动机性能最优模型。$ w" X! l0 I) o
通过对实际情况的考虑，把发动机的单位推力最大化作为评价标准，模型求解结- n* n, q, @* c0 i6 t
果如下表3 所示：
  |3 T' @. M* d2 I8 O表3 发动机性能最优时各变量取值' T8 o  J5 \6 o* f' k7 J3 G% X
变量3 _# m& p) w( u; \
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
; _) c5 l/ g' D% ~% V4 z8 A求解9 |9 e  m% m9 C$ r8 T* _3 F
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888, ]- m5 g% s0 Z* s( v* K( y6 e/ [
对于第三大问中的问题（2）由于能力有限，没能达到较好的收敛效果，变
5 }0 Y- N4 x' x8 Q1 V量较多导致结果跳变较大，最后决定每次合理的确定三个所求量中的两个来对
+ ~0 W' O  ]8 g第三个进行求值，以获得不同马赫数下的变量，进而得出变化规律。如下图所
2 p' X# ~1 K# I1 b示：9 B: T& w# q3 X: p7 ^  V
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
& H) v" O' d. \# K（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
  m  R2 L- s; ]- \5 b3 A' i& g' Z' I图1 单涵模式发动机性能最优几何变量随马赫数的变化规律
4 [4 w' {0 r9 ?9 i  _关键词：变循环航空发动机，部件级建模，遗传算法，双涵模式，单涵模
' Y; A) ]! D: M( Y; c. g9 R( d
1 y" R/ Q3 x# q* `2 `8 A6 y  l

A题中国人民解放军装备学院90033001队.pdf

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作者: 鹏程万里2014    时间: 2014-8-30 19:18
感谢站长的倾情整理
作者: Enjoy972430161    时间: 2014-8-31 14:51
给力，这些应该都是一等奖吧
作者: madio    时间: 2014-8-31 14:57
Enjoy972430161 发表于 2014-8-31 14:51
, D$ u& a4 B/ J: G给力，这些应该都是一等奖吧
+ H+ R/ E+ ^5 U: E" G. a3 F
都是一等奖的
作者: kassinvin    时间: 2014-8-31 19:09
太给力了，谢谢分享！
作者: 模天大楼    时间: 2014-9-3 01:14
很不错的诶
作者: caiyuhao007    时间: 2014-9-3 09:23
谢谢楼主！



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