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  F& i, C( t4 E+ B% r) v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
, ?: K* P4 v2 u/ a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，
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。
+ S" \! ]+ C* F% S7 p/ r% R5 r针对问题一：
. N; J% ]6 y. g* r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
) V3 J/ i4 o3 h9 t6 v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
: \  j! r0 U( Q% R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。
3 A, c/ h0 K  w1 U: T% h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
' t/ \  O; I7 b参数名称
% Q2 p  G* y/ [" Q) `9 b8 T- u/ q3 ^7 o部件名称
" ?0 R3 |: R- J2 O& _5 |3 P. i: F$ x出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
  E" Y) ]7 g+ L; Q' h" _5 X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。
2
# y; Z. e6 p6 u6 \& [! b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：
3 D8 ^* u6 }7 {6 {: z7 T1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
1 W% E' V- l: S+ e% f# F' o/ ]2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
# F& p1 T, L1 q' M; ^' '
7 R, P% W  Q! B41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
" Q, C4 V9 }* f7 a: j% a1 y' '
6 b' _2 k0 t) M- a1 [45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
1 c6 q, P% ^. ^' '
. E# [1 \! a7 r/ H& u8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
" m' i* S. A. j$ g# T  k/ z2 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
3 A$ J# _) A% O# Q模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
/ C! ?$ \) A% L  U表2 非线性方程组的求解结果
/ J/ S; d1 f0 i3 f/ o$ l变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
$ l! \5 j7 N  }4 K求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
  h( E8 L; [# C( i! S" x! {针对问题三：
6 G; G" F- S/ j" t& J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
* j5 |: b) H/ s* F7 a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 
求解
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
2 V" U% r$ C! P1 S" Z3 u$ B9 R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：
1 G; Y% `; N$ _2 a+ [3 M（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
: d8 x/ [& W, v8 i（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
& C. z2 \9 F2 U2 b- l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

' p- N. B- k# x/ y, U# @

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！