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：
7 g, j, \5 {0 ?/ c4 D. b5 _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
9 I: K- i4 p1 J2 t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。
; D0 G) l5 ^4 i4 M针对问题一：
$ Q% m( {0 N  l! X. l1 O. D* b% K) y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
5 D! p2 I2 t% P& P8 @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
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：
" |2 j( R: t  [7 W* ]  F! S6 W表1 问题一的数值结果
参数名称
部件名称
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
/ r1 ~6 k: z. y% `0 C. _9 i6 [1 dCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
4 v0 K2 Q3 ?% ~  Z( P针对问题二：
+ v8 ~2 Z" U& H9 c; r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
3 r  }& l1 t4 l0 A- S9 X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。
1 O5 ~" G% }8 n( f+ e7 D6 j2
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：
; X6 u( D- T' ^+ q% h- @1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
8 k$ P' m* J' Q$ u2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
: N7 w# C; X' t5 o' '
: G4 X5 M% A* t- e8 |4 }- `: }41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
: N# G3 `% c8 D3 ?/ l7 h9 B' '
3 V! E. g' h5 }; G' P45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
1 U8 H0 {: A. g- I# c61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
. ], t# a! {) f7 A8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
. V& O: s( ?3 N. n$ S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：
: J2 K: N  }. q6 [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
3 F. n  s# x: W( O求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
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
' v# X8 _8 b# q0 }! C0 {3 V7 V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：
; y6 m2 D# l3 y: h# V  X; U5 ]表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
! o% ~! H6 J6 b- S2 b) E- u$ S' X' E- ^名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
% o: h. K, i) g' K结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
$ S0 B) `6 v$ b% r& J- g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
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/ a' f0 s6 T3 v+ E" X6 D（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
/ F3 R+ P0 P% |" Z7 Z- M（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
6 l2 h% U4 u' O' x5 V8 A, 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

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
8 \! B. B. X' O2 I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！