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：
, l9 D8 f3 b' G/ Q: r) c$ X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
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。
( W8 C2 X2 l9 E  t  U- R+ p  o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
* ]' L! y3 K6 g1 J0 n1 W. }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。
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
( _# b5 n8 Y$ X部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
1 s  b7 G, r5 A( S& a! x4 Q4 X% F" t风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
$ {, \+ i1 D" H; O6 n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
0 z; `2 j$ a+ I. \+ F- h1 {- u" a) ^  B机模型，确定非线性方程组。
5 I9 d8 f! L  @0 y2
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）
; n! O+ W$ ~! a9 |9 y: B" ?' '
! ~6 A$ Q6 c8 @% [' ]5 q0 [' i9 \41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
8 M. Q8 {$ \( I( E' '
) |0 S& ]; h, i7 j45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
3 T2 X" T5 c1 i+ g4 H- f' H, n61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
% q, ^7 [3 [2 K! o4 \$ ]* G8 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
9 k0 i. j( Y( n# X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：
8 A) `- b" v1 m2 e) q3 E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
* O% a# n( S. r6 o( ~求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
" B* ^1 ?) c' j针对问题三：
6 e' [: U* W$ y! C% w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
  ]$ D  j4 |/ c# S$ N$ c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
$ G3 y% u  P6 L' v, U3 c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
1 P, G0 R0 F1 V, d果如下表3 所示：
( E* O! w6 q( J4 R9 y$ D表3 发动机性能最优时各变量取值
: }9 i3 q. _- o0 N1 o变量
2 M8 f6 I7 U+ E. `  |+ ]名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
  R, q' E. e4 l# r- y" ~+ Q5 A2 b求解
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
0 u, `8 E7 u9 S  s- X9 C7 f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
2 y( p. Y+ B) W1 B6 N& k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：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
% D$ r; Q. _' G3 M（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
- E3 o5 f% A+ d; D" o3 Y% V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
' }" `6 d, Q$ y: d) L, e" M
7 ~- X" y2 P% V

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
# b' \( }8 a2 E5 t" e# A( d) Y给力，这些应该都是一等奖吧

* C, D# @8 R( J, T4 {6 a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！