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：
# h+ J, g- E$ @9 `" ~" b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
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
) c& x" \6 n% \5 u7 W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，
4 y$ H; R( x. M5 O) e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。
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
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
$ D1 _1 j7 C* Q0 m& `  I7 q" ~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。
& K+ [2 ~8 x/ }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
3 N. w' r7 @# @参数名称
部件名称
' F5 G9 j& n+ |$ u出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
) y  B; P# v( y- U风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
3 H8 @& \6 A8 g/ dCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
4 X# @5 w; K! w2 l9 h: _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
0 ~( T1 r/ X( L9 L/ ^! x机模型，确定非线性方程组。
2
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）
+ Z! S% g' h4 u- S- k2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
1 B; o! p. b% ?. Y# \) H/ L$ M) m41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
# H% o. s; b% G9 R) Z  O8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
: l3 w- u9 p  b, P; d- N2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
: I" j. R6 w0 c2 p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
$ G! A6 ?( m; T/ Y5 Q! [模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
+ M5 W4 U* p# i3 K: n8 }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
4 l+ t3 @- m- U' C- L! a2 s$ ?求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
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
* W8 Z7 \+ U2 o! Y  O/ 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
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。
2 E7 [1 I  Z, K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
果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
8 t$ }, L6 f1 F* V求解
/ i, P$ B) {- q% R/ C+ T结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
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
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 @+ l& l9 f/ E: O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
" U1 r5 U( a& l' h2 `5 ~. A示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
; Q* p6 A7 ?& A, ^  n7 _# v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
7 r0 z; W1 f: g5 u1 ?' B% _7 f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

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
$ S5 Z9 L" i1 t5 {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！