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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  w  L5 H; @8 M$ d
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# {( L- N& Y" Z* \- 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
+ F4 I' a; }. F4 [/ m' Q  J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，
1 r1 c" l* }# e/ p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。1 W* Q) z0 S3 e2 _! m5 \
针对问题一：
# f6 m% ?: R% f" H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/ O. {/ O' p& `% A2 F. F% n
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$ m0 s+ |1 I  x+ Z" K
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。, `0 k3 r" o$ \: M' U
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, [2 v* J8 v+ X% O2 t7 E' J( B
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：
+ s9 t# p8 O' H. G$ x表1 问题一的数值结果
9 a- Q. d' g# F7 t4 u参数名称8 A' U' \2 c0 ?! S1 O  M, v8 H
部件名称  K' _& X5 m" B: q7 \
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
/ ~5 X* K  e# F7 n, c+ \! N4 H风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
& M4 N' W4 _5 E. u# I( KCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
. ?! F) ~4 g* H" q) B2 ^" R. a  u针对问题二：$ u2 m4 T% p3 ~2 }  c& R
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
$ f! Y( `$ @4 f6 f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 u1 e3 q' @( T2 D6 I# {
机模型，确定非线性方程组。" g4 }5 }8 m; n0 p- l' ]8 s+ r" |
2
* y: F6 k# F3 ?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：% g/ {# P- ~* p9 T
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）( y( U% }3 |2 P0 S4 V  Y7 I
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
- _) D- S, }! {9 ~' '
. y  Q/ k  S) A; b41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
/ n  S* T5 s: P1 m. [9 B' '
5 S  h! D5 ]1 Y1 X" t) h45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）. Q" |: r5 C1 u* g6 }3 s
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）1 G2 k: {5 `) O: q$ t, g5 {
' '
- b1 w: K1 ]( t8 \: I0 G0 V8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
7 U% Y* F  O4 a" s* v2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）: n" l+ s0 ]8 S) l4 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
& K6 \4 W# n6 H( l$ K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/ j" A6 j  U% P& e% P
模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：) @$ P0 [; I5 `' Z# |. R; ^) \) z
表2 非线性方程组的求解结果
$ x( a4 t" a+ V1 C+ R7 i" q变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
, {5 t3 k% k& k; }求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939* f& g# r7 y; v$ o/ w
针对问题三：
; I# f0 O, \( M) t/ I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6 n* T6 h0 N! C1 |' z
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
+ j2 C$ ^/ A1 t% R) ]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。& T. s7 {# t2 F* F- x1 w2 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/ J/ R2 D9 X1 |. L" C6 f
果如下表3 所示：' I2 N" m  A  H8 _! {4 d
表3 发动机性能最优时各变量取值
, U6 S4 r5 h& u; U" K变量
! f; v4 A  {2 I/ L: o: O名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
; O" P5 S6 \, E2 L6 Q0 h5 I% J求解
8 q% s' p  Y5 ^0 @结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
3 r0 |# X6 g: Y9 N) Y7 ^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
, Q: K" v9 k) g$ L; i! k0 L6 i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
+ M6 f! Q8 J) s3 x6 U$ Y* x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
5 j- i- v6 U; l3 V. t5 m4 I示：
# c; X; L4 y8 m（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
* y/ s! E- j9 s6 m（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律+ G# z; i: N9 @' w
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& T5 i& _- t8 A# F" H$ N- K2 D
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3 O, k5 z- B0 j
, `- d, I! J9 c% l4 J4 N; ~* [

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 9 D: W4 R3 C0 E- f9 r- @$ y& \( B
给力，这些应该都是一等奖吧
! w; G' l# i1 o( q: \4 }
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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