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：
) y/ o) V, ]3 \  ^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
: f$ E% R: n# n8 T$ t0 \0 A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，
5 T& M/ N$ x# d; ]. k/ N1 y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：
0 f) ?/ A( |! D7 n; k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
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
2 Q; S6 F: m5 a% }6 e) P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
' o1 T, E8 Q7 L1 q1 F9 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：
4 V( Q, x; T. z4 P6 {" Q/ m表1 问题一的数值结果
' o. `' J4 N  R参数名称
部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
9 e3 R4 T/ ]# j. l3 i! o风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
0 l0 s) \/ F, r: k6 r/ T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
% G( I9 P! o" v" Q6 R3 j7 B/ m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。
# N% S3 U: V) z! m; p2
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）
) ^1 t( f8 X  `0 }8 m6 |  g' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
% E. M4 ~% `5 c' Z' '
" ^8 G9 Q$ B: G6 i0 ], j" Y45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
, w; z0 g8 E! `1 q61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
* N8 v! l7 R, V$ E' '
6 j. A  c) x9 F; `8 L: {$ F* z7 e8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
9 N+ e. f! w. e% ^0 q% w! l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
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
  G% F2 M( g, Y5 k. K5 ]+ X  ]针对问题三：
6 G& a/ S; Z/ h/ V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
果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
: n5 B9 [% `* @: @7 Z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
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
; p! A4 e) {+ g! [0 ?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
! m- a" y7 i  k2 L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
$ F& Z/ ?% s7 z# z! P( L) e' t+ [0 z示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
! q1 }) ~0 u' v& V6 J* F5 C（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
0 `4 P9 W2 k; m3 B5 H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

* ?0 N9 B5 o' U+ E- g- z- u# {6 R5 f

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

* E5 a+ J% h# ^5 J# V3 `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！