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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：
8 x* m7 C8 z7 F2 e& F7 H% a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
, y- m, b& F5 i+ x/ q* k; P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
( f! r8 @- u3 t6 G- q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，
/ T2 [6 O% D$ Z+ r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。7 h5 y& w3 s/ t; z7 m% z0 E3 u
针对问题一：  Y8 b% d3 C$ U$ F6 {
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8 m# e# q9 Y# @7 W2 ^: H4 B: a
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
8 J0 \# [! V* ?5 f) V; J2 M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。
6 C- j; E8 n2 h: @0 I1 U: Y3 s) ]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
; S& x. d7 h3 W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：) t: H" J/ l" ?* A
表1 问题一的数值结果1 Q. b9 x( Z. D  \( G, [
参数名称
% y4 F9 h/ ?7 ]% C9 y* m0 t部件名称
0 Q9 R. c+ W# |& l% Q$ p$ P出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
) S4 P# h7 J7 Q- `2 m风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0% |9 Y: O5 ?; c, X, l1 ]) ~
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.63 ~$ L# f) d3 \3 s: J6 y7 P9 v: D% E3 u) c
针对问题二：3 ]: F" ]) B* m2 q5 S
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6 U! Z5 R, p( M7 C% D; @
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8 l- |6 I9 Z, o5 {
机模型，确定非线性方程组。2 d' i% T: d2 a  a! D& i
2
& p$ n9 j/ N; P7 F% T1 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：
5 L! |8 s/ }' `+ |( ~  g1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
# u# K2 K/ }3 s0 g* O  T2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）- C9 g! I7 V& ~9 c/ l- N# D
' '- `; y9 o* S" U
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
8 h5 C7 _( U7 j% q' i$ ?  H0 c' '9 N! G' q+ o. j  `
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）0 F* u# z* a* u5 K
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）5 Y' M; p. k; ?' e, S
' '
3 B& ?+ Y4 R2 y" H( N8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
- D/ V" S/ z, D, ]6 P) s, U2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）# Q) l- q; `  k8 @/ |% M
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3 L. p, K8 a) r, M. y0 T
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" E" ?" `$ c4 P: }% R
模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
- d& n! s% w. V. B7 O& f表2 非线性方程组的求解结果% \7 m( g; o2 [  B4 U3 Z9 y
变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z/ a4 ?5 I9 k. Y% C- U3 }5 R. V8 V
求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939, h9 O$ T; w& T0 m+ h; `
针对问题三：
/ a+ Y- r2 W/ N* f* r5 H7 q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8 ?6 k& u1 o5 X
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
( a3 S2 L+ n- w/ d) b1 x; W9 h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。9 U% h: U2 H. w0 e" l; y" z  W
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: B) e6 F- X& a7 _- B! E
果如下表3 所示：2 e4 i5 ~# U( x1 @0 D
表3 发动机性能最优时各变量取值
) B' l" A- A. @, Q变量
) m. {( m. R! l6 D+ b1 O( L名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
7 V. e' Z) n# D! W  G求解, Y# e8 Y; j! y" \1 \' o0 W4 \. V
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888; L0 r9 d2 S( j* k" ~, K+ m$ x" 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/ S5 o/ R# c- X4 A
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
! Z- Q- v& a8 C% y4 d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# [+ l! P9 ?# A
示：
& @7 L9 |" }" F1 T$ B8 w（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化! K% m. m1 d0 J/ ?# R# k6 |8 p7 d
（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律( s7 q) ^( I3 h% Z1 e- v2 j
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% @6 D$ v( e  |' @7 n; N
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5 J- ?8 ~: _1 G8 M2 c

2 ?& D, g' ~6 L& U2 w6 ?

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 / f9 @$ R$ w' T$ L
给力，这些应该都是一等奖吧
$ k' Y( K' o* v; e* i
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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