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：
* D  F/ Q$ g8 R7 @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
2 g; e: l' {8 G& V( r6 q$ I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，
% |4 X5 n# M6 H9 b; N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。
: j. C* |# [; Y1 n7 F) Q. S. t针对问题一：
/ r. {1 i$ C+ d# }# P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
& A" L; }2 P1 y  m1 L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
& ^. I& V; V* A# e0 z4 u# e+ p. M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。
1 f8 `/ y/ [, D, d$ U0 n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
/ y/ ^% k2 y3 T5 d/ w2 m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
" M# Y5 ^9 k5 p+ N出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
. Y0 p  Z( [9 E风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
* g, p. V9 V# D# o( K- lCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
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
* H; T1 `) Y# b6 B% A( E/ p6 v4 b" ?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
3 U: g( d. I  E7 M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：
& R% }, |' D% D) J: l8 a; P; P1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
- J3 e$ _* g( w, F7 I9 N. V2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
# D) T2 n. w0 a# Q2 ^' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
" \& y/ D- J# v+ h8 C. x! X4 n: k2 |' '
( C) J! b7 Z  }# o2 h& h45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
2 t& g4 \" K6 v9 Q2 E6 d6 Z: x' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
; \- J! ^% C! B$ c$ `2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
, R3 r9 `  Y; X6 X& f; T( A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
) X" y2 T2 y6 i, k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
8 f) Q8 h8 F+ U4 i1 h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
3 z5 e* y7 X0 ^) @' L  t  I5 n9 x6 p针对问题三：
& c9 p( B/ t# m! O( V2 ?! z' m4 Z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。
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：
! @' L$ R& ^- D0 D% d$ V  h) x表3 发动机性能最优时各变量取值
$ j, ?, R8 p' D: a变量
! x! }; F& t; m& ^名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
( h( T( m* N" y. B# n求解
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
+ G# r- k2 E& V: r5 q$ a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
. r5 x; z- a7 K* X, Y2 M+ G: @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
+ O. K  l+ D" c示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
, ?  G1 f; O# y, Y- 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
4 w' `0 W1 @* f+ ~( 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
* k. _) d2 f0 ]% {

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
3 @' i' s# z' \) W3 b" a; {8 s. \给力，这些应该都是一等奖吧

- L5 r) g( T+ H$ f* Y( m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！