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：
: f) e2 y9 A, }# j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
8 ^  L" t: v1 H4 I8 Z( Y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，
/ s7 A. T; G4 ?- S/ b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：
: h) a/ @. ~1 @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
/ s. H$ K2 C% l- m' s$ \/ ~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：
; Q% s! e! V6 r1 F, M  C! n表1 问题一的数值结果
3 c. `" R  y' B; e参数名称
部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
! _$ l( [! T( \* x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：
6 F* V0 q" F- h0 ^% p/ k1 K. K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
# z8 J9 k" A8 ^# {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。
2
2 P( c& m. s% L4 j* U* a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）
- }9 T# D: f+ R1 O2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
/ y, {8 z7 I' L1 U& O7 V8 I9 Z, u' '
; C5 e( S! _' }: D6 u8 l) w41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
7 o0 K! h0 s5 ]5 t6 Y' '
6 K' Y0 F) |) g9 _45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
" }3 \# n# s- A7 S7 o' '
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）
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
$ c7 N: O2 P2 R/ N1 M3 p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
# ?# C4 q  E. \' {) p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
7 K: m- F8 G+ X7 U0 x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
变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
, b/ C/ |& [6 h: 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
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
# ~1 z$ N0 j3 X0 b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：
) s! K6 ?$ ]9 q- V7 ^（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
; t$ t+ g! {" s（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
, ?. {; E7 N! B4 P$ l4 m3 m9 {9 J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
* A! J, s& g, m  V0 w# R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
  q1 ~8 F$ n; a; Q7 w. H( 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
- u) W  ?9 J7 |' F3 j( q给力，这些应该都是一等奖吧

  g  G1 v0 V( g  Q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！