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：
" _# R( j2 p- A) V# n8 H) O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
% u% Z9 x. M7 `( b% I8 G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，
7 S  o+ O; C& U# P5 p  Q9 ]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。
$ T8 }0 H9 d& w+ p% ]0 ^% j0 G( z' v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
5 A+ }& k1 v9 h2 o% |+ f1 y8 o% h9 c9 I; v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
5 F; h: j( q3 l6 w7 _; ^0 u/ \# q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。
" `# r, Q5 C" v8 ]( b) n0 e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
参数名称
% w2 d6 d3 ?7 E- J0 t部件名称
4 Q) Y+ N7 z: Y! D出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
% U1 h( G* ^4 `! q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：
! U+ v4 z5 a1 O" S6 r0 _4 Q/ V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
0 }1 z+ Q2 C( L) W8 k8 B* f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
6 p/ J* l7 `2 \5 F0 j机模型，确定非线性方程组。
2 n, ^" ^" ?# \% m' M0 t+ b  \2
( x% {! Q9 d- v6 _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）
' '
" o' c0 H, d6 F* s7 G) X41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
. S* e8 t+ Q9 W% t45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
5 V& I/ t& c' Z. [, T7 A3 s9 u* {61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
. o& V$ X7 l! n5 @" p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
) u$ o6 j6 F& C" ^针对问题三：
- d% ~) N& }! g* 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。
- h: n: w5 e8 M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
* L, A1 K: U; [果如下表3 所示：
5 d$ S4 ^5 }$ i$ j% ]& U表3 发动机性能最优时各变量取值
& V8 t' U# r% y6 r变量
% ~  F! H4 O; B  J, C% J7 q; G9 x名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
6 R$ O  E7 F0 Y+ O" Z% ?结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
$ s0 C2 H' w8 Z$ L- b$ _9 G+ \3 ?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
# f: d! k3 Q8 H# F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
$ P+ C$ r+ y1 ]" X) c  q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
8 s" ^( g) V, `) ~3 i6 E示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
/ H$ n/ P. o: 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
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

- [& ^% z# ]' H- w- R4 A1 C/ b% U; }

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

  s2 D+ r% D6 H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！