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
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
6 d* q# _" P4 I/ I9 [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。
: l, o& S% G- J( K针对问题一：
/ C! N0 M. n- q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
5 `$ @; Z8 ]5 Q8 W9 Q4 J$ q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。
# T& T% `+ b  [  Z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
6 @& Y9 t: G2 Y8 r7 G参数名称
部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
0 L8 k" D+ f/ X% n! C0 M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：
1 a  ]5 H" |- Z% |3 g$ i! c8 M( ^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
: h! i" \0 k# X3 v机模型，确定非线性方程组。
2
! Y: {# m# f( y" v/ F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）
# f; Z: _# T+ R& @- h3 q3 I' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
4 ]4 O: I4 r$ d, f4 v+ C' '
6 [& S2 K5 B0 J8 p. {* W45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
+ s: b6 [8 j4 F6 A7 o! R8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
8 n5 z! ?3 z: W" g$ R. ~" z% p: y2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
* J5 b% W# a. C1 I: [4 m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
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
. [" y9 T2 K( }) |4 B$ ?: O变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
+ W* i/ E3 m* v1 o4 o6 W) b6 k1 Y求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
# h9 e/ |! ]& l0 W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
% O1 d; [9 ]! g& }( i9 K4 u2 G! {6 `果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
" K3 |& B) k# a* |名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
8 W7 a$ |3 m7 t( y( U( i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
& S1 X4 x' m0 ]5 ^& |- S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：
. V) j; P3 {; A" ]! U. {- t/ ^（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
6 `3 i5 [. k- O! c（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
8 F+ I  h5 \5 Q8 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

9 }) C: Z3 T. J0 ]" t8 c! z- B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！