基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化

madio

摘 要：
! S/ J# e8 g* V4 s; p# [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& z( J) n6 o. R8 ^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
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，
& ~! ^* b4 i9 k+ ~: p2 f! o* ]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。
% h+ {+ j( }1 W4 z3 ?7 x针对问题一：
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
4 V7 H' K- [* C3 E! \' f8 e3 `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
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。
2 K6 F0 J; g/ k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
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：
表1 问题一的数值结果
参数名称
部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
, ^# F3 {/ T- i, t% j2 h1 @风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
: w% q% L7 G" uCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
, q2 |2 D0 o6 j% |针对问题二：
* K' R. w0 |9 n3 V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
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
机模型，确定非线性方程组。
+ @1 Z$ ]( Q6 c* l. k4 P2
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：
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
- V; e: V9 v- l! h2 Z; W' '
7 n1 c6 o: a: i41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
) s* X/ O+ r6 `7 y- d- }& L  H5 E: e45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
6 A4 f- O' @$ P5 Q) g2 s' '
# @$ M8 }1 d: Q% H8 H& |8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
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
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
模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
2 Z( W4 @5 Q* {! E8 L表2 非线性方程组的求解结果
变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
) ?& `6 A* M2 w  e% l/ p针对问题三：
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
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
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。
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
5 O- u5 x' v8 K9 Q  ^- z果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
* ~  O4 u) y4 C1 d; z名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
$ |" E: S! o- o5 Q" b求解
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
7 a3 E) j" n( d6 G. [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
, C1 N: a. P) b6 Z: n7 D# W* \4 p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
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
示：
% w; c7 }) @: s/ U* P/ [（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
& N! c+ ~$ R, }  x. y, Q（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
/ ]1 k6 W& W3 D9 n/ ~9 J/ k4 ~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
, g3 F5 [0 ~) l- k4 z$ Q- e# t2 r. }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

2 n& ~) r! {* O

鹏程万里2014

感谢站长的倾情整理

Enjoy972430161

给力，这些应该都是一等奖吧

madio

Enjoy972430161 发表于 2014-8-31 14:51
" W5 G! o' {1 B4 x) u给力，这些应该都是一等奖吧

都是一等奖的

kassinvin

太给力了，谢谢分享！

模天大楼

很不错的诶

caiyuhao007

谢谢楼主！