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：
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
6 \7 v* k: h8 @6 d' @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。
& Q2 {) T5 z) K2 g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
# D' Z/ O, ?% I& e5 V, Z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：
% ?  a! e8 d6 M4 C3 U表1 问题一的数值结果
, n' a6 \: H" j+ D+ V参数名称
: n! g; g4 O4 d9 m! I$ M- D部件名称
$ d* y9 _( {& Q4 b6 J9 \3 T2 \出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
9 D+ ?& s8 x( j: V风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
2 z: Q  l  J; W1 z( G9 h& g' _CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
* S% Q# E4 W4 T8 ^$ ]5 a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
6 m8 V: O' E! |9 e4 ]! @  g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
5 @: F9 V6 \) G; O( K机模型，确定非线性方程组。
1 h! Z3 }# g& v. I  i/ N2
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：
" K, e5 ]# G1 ^6 q3 V% C1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
8 m6 m' R! I1 D$ t9 @+ V: K8 j41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
8 F* X! W( u) }' '
: t7 B3 W4 z3 `% C8 c: _45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
2 f; K, c8 K7 s: [# I' U' u8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
' w6 u( _+ O& o5 b/ l2 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
# j5 f3 Q& A+ |6 ~. Q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：
: |, J0 ?0 J$ X0 @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
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
. B4 s: c" 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
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。
* x, v' Z; ^) d1 Z3 {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：
  e  X& q- ^- U% t8 H# J表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
! n* s/ ]  |/ |1 q! i+ E名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
4 @/ b2 M, f3 Z求解
$ a; W# S0 Q5 o4 m, n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
2 R* O3 n9 O. O! x. |8 T" u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
; v' t/ N$ X( u! 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
/ }6 @% Z# ]) i" R- y" K* N" ]! Z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
  `- D- X. [6 m2 B; d0 v; e给力，这些应该都是一等奖吧

* u5 L2 H! p0 y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！