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：
0 W' I. D" k) H; @7 v% c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
( g- W/ f( M/ B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。
7 q+ \; X! I0 w9 b针对问题一：
" l4 I( J8 F& C6 Q+ C) ^. 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
: D& R+ Z' J( N7 P- O) W$ k2 |, B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
3 V4 L  k) h; j$ e5 F6 D参数名称
5 n& s$ e; k$ ]部件名称
- }& P% L; a8 v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
9 y- u( \! s* p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
& `/ h: Z% Z: h4 W+ }$ O: F, Z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）
/ t4 x: ~6 q! C6 ~' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
6 o4 |% p  f. k7 [# K1 ]: @' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
% b' J1 ?9 @1 g# U8 @' '
3 ?9 y- Y1 E/ c/ l( D8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
# s3 B" V* A. d+ K& ]/ g6 H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
0 j4 k3 F1 K5 E+ `9 l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：
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
; o7 y7 k# j4 d9 W0 A' `5 j求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
5 @! [+ b/ F- x3 P4 U/ @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
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
9 f% D6 ^2 {  k5 T) d3 E( V+ [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
; l. O2 f7 ]+ Q+ f2 M" l4 i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
9 T: y8 s; k! k* ^4 `* q- Q. D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
# r3 U- C( ]8 p) g0 G3 T示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
: {* \* ?" U, q8 N' ~! `  }5 E（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
4 g% O* s8 }% s$ u* E0 J: O# ^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 ~8 E5 a) X) D. W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
( n6 h3 L, s8 C9 B, g7 B9 {3 k
8 ?  L7 ~& S7 h& s, y

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

9 t% A# m, ^0 E8 ^- f; W, ]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！