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：
7 M' y% E# n& D# o$ [( g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
, z9 u/ Q/ h) V$ C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，
6 N* d% I5 E1 p' Z( j- r# y9 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 H# v; g3 T4 ]1 j- O% i- M# W1 A6 T针对问题一：
, g8 T) P3 y& c& s; N% ~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
# l- |2 f; D- T, P) J% M' 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
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。
; p4 d" E( }& h# l' i9 H* r& @- 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
) _' b$ Z5 p" E. T) y; f4 |1 n) N% N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
0 u/ n" @  g; \' B$ {. f参数名称
部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
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。
' O0 {, B$ n0 P+ u( \1 ^; P2
7 ]2 R/ s4 x8 L( K" @, a* r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：
$ W2 d& B) Z; K5 ]6 v. Y8 U- w1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
# q# \; H# `" d# ]4 O+ F3 h2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
, C3 f" ]8 D* M/ S5 r7 w7 p' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
3 W- J$ z% a& U6 a  b2 P, @" ~% K6 A' '
# _/ h$ T) H; ], e& z45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
8 D2 L& Q- m$ e+ r& U5 {; g' '
+ l- f. K4 R9 W$ t3 x% K; c5 S1 @6 Z8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
  E  @& K5 j7 `/ \1 ~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
# T' L2 {- `) [$ b- _) @  C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
2 P) w; s# D; ~( @模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
表2 非线性方程组的求解结果
3 L( @3 M: w- g1 h$ D: a变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
1 @5 X5 c/ V- n2 K$ k5 Y" \6 n& ~& {求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
6 N0 O3 X+ |. E. }5 k& `4 i( Q& S针对问题三：
: C. f; A+ q$ y8 H, z! K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
# _; {' Q2 J! T  H8 Q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
8 A; d" T" u2 A. N; O4 U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。
" J3 Q* M% s7 Y* h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
2 ~' y8 ^! v& t, ?1 `0 V变量
& W- `  ?3 c1 }" b1 ^名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
, s- o! E  ]2 K% z求解
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
( R8 P6 ?5 T0 Y( v; {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
) s& ?0 R1 ]3 A3 \- `4 Q6 G" Q5 b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
' [' W0 O  f( ~; d, H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：
# b5 V& O% Z) @4 {# j# b# ]% u3 l（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
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
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
; {1 t9 o2 m6 P* E
) L$ `! _* |/ T$ o& F) U- M

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
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！