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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：5 {6 m7 P4 `' W4 z
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# I2 O; I( b( S# j! d
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
3 i1 O& d5 u; E6 I! a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，. ~: E7 i" A$ h' N8 A5 r; t" c6 L
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。
4 `4 l& E' d8 v! [; H2 |" f7 Q7 a& g针对问题一：
# X* o$ S$ ~, i2 S4 @. X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 M8 t: @) L9 b6 o$ b$ U4 I
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9 I3 e  n% C! c" u
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。3 c7 O  }7 e, H" ^3 x$ J
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+ A# y0 {1 J9 g% N( `/ g: U9 @8 M
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：$ \1 S# j# ]' T. C  R
表1 问题一的数值结果
  m9 m- S0 i% F% \, n  c参数名称; ^  r- A9 b/ Q5 i
部件名称
5 b" \" ~8 V$ Z出口总温 出口总压 出口流量 功 功率7 b  \  D/ {4 N* V. s9 F
风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.09 ^9 A4 w$ a3 i+ _1 M, r
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
! {. h! A2 f$ f# E+ }: r! P0 [( Q针对问题二：: C3 N" O8 D. T7 W
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
8 {, V1 C6 I& c) y+ ~% I, r# M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
: m8 {" V+ s7 a; n# w7 R( \! [4 O机模型，确定非线性方程组。( Y4 U9 k6 `  D4 c. a3 Z
2( u: u" ^  T; P# \6 \0 T- Z
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：
" ^4 m2 t0 y0 l1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
& l1 m0 T9 C: a1 C- k4 j2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）- e8 P. j8 H' L/ H/ @0 ?
' ') }, j9 d! e+ f, X  O8 q, a5 @
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）9 a, o9 x# K* n
' '& v( ~7 T( ]: D& \" h8 \' r
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）3 [( l. O) R9 {! R* W7 M
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
8 r- r- ^: n& F& [; n8 _  h' '
0 s& ^+ O6 v& r; v" p8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）' O8 e4 D$ F3 M* ?: S  J  t5 W
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）& b/ R/ [' }: Z; b) D
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2 C* F- {% Q2 ?
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+ J0 Z. X. ^) c7 Z  S
模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：; j" @; C4 R$ W& U
表2 非线性方程组的求解结果2 j9 t/ c) U+ m  H/ I9 `
变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
8 m, m. ~) ~4 r' }求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
1 k) m- h+ v) {  O' j# }$ z针对问题三：; ^' y4 |9 T2 d  u, \9 Y. {1 R
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
) e8 y2 W3 i: j0 G' G; A0 E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
% @9 u7 [" e1 O( H9 _+ m" w. x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。
, n1 q8 P! h0 n# q" l! A  G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6 @2 X8 k6 T# x
果如下表3 所示：) m5 R+ b: J0 |- Y8 i7 O' y/ y
表3 发动机性能最优时各变量取值
' G3 e2 n1 ]. a, |8 `/ s4 ]. O/ X变量$ H: x! ^0 \. Z2 H2 q, h- [
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
0 s% \, c$ `, ]2 r求解
" U5 R: H/ ]; X  F结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
6 `: W% M! Q* s0 V# I1 W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
$ y; e6 k& j% G/ F) s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+ O6 V5 R( t$ X  n2 m, p
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$ d5 _! B8 P/ f3 J' Y: z! q0 y/ z
示：/ _; ^7 M1 v: L0 k9 X
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
- L5 Q8 z5 \- w6 A  ~（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律5 r& k& S; B5 x- E  k
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
+ g1 |, B& L( w. p7 t- Q9 H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
4 b) E; e  E7 F) ^- z# G+ @+ A5 k

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
' p: o) ?0 N  Q4 h给力，这些应该都是一等奖吧
! p- o+ N) l' {$ e
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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