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 d% H, ^* b$ n9 z2 F6 s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
& k1 ~+ d3 p6 ~! f5 U  T3 J9 S1 O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
* S& q' ^7 d4 d. h& F. `) f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。
) S* ^( w3 a4 x/ j7 k* N: n. g针对问题一：
- s1 n* |# Q2 E+ {! e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
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
4 _4 f9 c% s! ]0 T4 m8 n+ `/ r! S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
部件名称
2 u5 P6 w, J) z出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
. q5 {( n% d3 U# X4 d) W风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
- y7 r, V8 j$ _' ?6 f1 t* SCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
+ N" ]; W. C: F( G% ~" U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
5 \6 J1 Z2 p- N! @. r' j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
3 y' P* |! i* t- P6 v9 X机模型，确定非线性方程组。
1 x- G3 Q1 H0 N1 A5 e* w/ k% g2
2 V9 ?5 w$ a6 [4 W* o, S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）
3 f: I+ ?% U9 l% I0 B0 f' '
1 S: f$ F. f; P: }- O41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
/ f% k0 k: v) J5 O) z& h( T- O- a6 E61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
7 T" c' P& Q, q4 E' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
. i) p) f; p6 a2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
# J' O. G" `* |: v: A% 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
! G# F( ]3 q! n% c8 u$ a$ J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
9 T7 @; l9 O/ D( w针对问题三：
. G7 n) y6 d2 K: {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
9 q; A0 {& o, V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
% `4 N' p' j/ ~# U) T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
; u0 y: Q" A( }0 r* r果如下表3 所示：
, |, `$ ^. C3 n7 ~. @) |  F表3 发动机性能最优时各变量取值
. G+ n0 g% c  s7 ~2 i  m: r变量
4 E6 X$ Z/ ]6 P0 m; N名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
6 H9 x5 K% H0 I. ^4 t. y* k( ]. Z& c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
3 |' B8 m9 D# G% 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
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：
9 i8 C! i; y$ T' W* U9 ?" N（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
) S0 J% A- v6 B) L( [: |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 h! ^$ V2 Y% J- Z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
2 g+ ]  h  p8 ]; g: K0 R1 E
: J7 J, j& x+ v; F, e( t

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
& s2 m; N& ^0 s给力，这些应该都是一等奖吧

, `; ~0 `3 M8 c( m$ ?- l. w' G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！