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
# q0 [2 b5 {2 {0 J9 }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。
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
* _' H8 c( M1 Y: m# m2 T, 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。
4 z. T% U" o! y8 q5 w/ G: j8 U' ]) a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
9 C! E. `. p' E5 d/ {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
! O' g9 v; V8 Q9 _参数名称
9 ^4 E  m  z/ \0 g7 g! W0 q5 {3 z部件名称
2 o5 q6 i" K- }2 h' F. }2 W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
$ E# T5 i: Q0 S7 r7 ~CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
8 }% w. Y' m3 s, x2 _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
7 E( l# q8 S  S3 y) i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
' F2 O( H$ k, s5 P: j- \机模型，确定非线性方程组。
& `5 T  f$ [7 z# y. u! i& `2
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）
6 T2 n/ Z7 M& ?& P3 i* c, Y' '
* u2 F! f3 y/ D5 Q41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
0 {* {7 T! ?, [. e/ S' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
$ R7 c' C; n% r; K. a4 g4 p2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
) D4 z7 m) K/ Z' B4 i3 |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
: A8 J7 P" u" R+ y+ l3 G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
) K3 n# @; u* L) F变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
+ ?! K* f+ b' P5 C) ^求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
' ^! s4 w1 O& d4 K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
; x4 s" b) j  [5 u7 j- d3 p4 G  q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
果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
/ W9 R3 V5 q7 Y/ Y- ]  f4 ]变量
% K( X3 Y) c5 X$ k, u4 I名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
1 l- ]' C# i, Q2 G- C& {求解
" |1 g1 L% A9 g! T5 a1 |5 [结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
" j& E* K  ]; i; c* x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
) g% [9 m; n/ i! P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
6 D' t: e  g. m7 \" F" T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
7 X% o6 P  h. M6 a示：
0 k6 p6 @6 p0 P（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
) j7 g! P/ R( o（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
3 x  o/ `9 M  V4 d. |# F& u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
* c$ h; j/ F3 o6 n

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
' P' [) ]. o% C3 i  z" C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！