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：
) _) \3 d+ x* @" S& N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
8 u- s$ g- T6 h- w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
( k/ k+ {' N- B! b" n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。
) m2 G3 ]3 |* n; R9 k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
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。
) M$ s6 q0 l' r. _" n9 ]9 x& F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：
& S& g* R0 |9 r6 N7 s. L' W表1 问题一的数值结果
! X' `3 h  s0 i- s; |* @* }参数名称
部件名称
5 p. h- ~9 o1 c+ M- r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
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
6 F) `% a& h5 z6 v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
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
2 j1 F; a" z! v7 Z: e* `$ y机模型，确定非线性方程组。
2
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）
! K( {2 C+ R- x+ z* _' Y5 ~' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
0 @9 Y2 L/ ?. d' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
# a3 k$ k  p, Q  F& o' '
; m! b8 I! t  F0 T$ A8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
) M. D9 A+ A+ N) v. \' y2 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
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
" b+ e6 J2 @  J0 N* l5 ^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
9 \+ G( V  Q9 E+ ]求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
针对问题三：
$ A: m* |( }% H% B+ N5 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
# r- E4 I2 Q! G5 D4 W; @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。
! s( d5 s. J5 B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
% u7 z+ S9 h. {& S8 D8 {* H果如下表3 所示：
; e3 j8 j. R: P; J; A表3 发动机性能最优时各变量取值
! X* p& t% x" \) V变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
$ p7 y& A0 F  Q8 s$ y  B7 K求解
4 K9 p( u5 S9 z! a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
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
) a. x! u5 m+ F; `" J示：
（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
8 o/ y4 M6 g8 u% I9 b5 p/ T: w5 C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
0 d! i' o0 S6 o2 a3 J  \# ]2 C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
& V1 p' P# E; j给力，这些应该都是一等奖吧

6 ^- ~4 `3 J# ^) M6 t1 ~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！