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：
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
5 L5 G4 a: X6 @* g: i- Q! F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 `- K4 {& d6 [% T% p# |" c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，
* \9 P5 F0 q' S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/ o4 o1 \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
' V  U0 X3 \0 V' {0 j8 D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
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
+ g! q5 c' Z1 [7 ~7 V/ ?6 l! h% x) I出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
+ C- n- ~( t: f9 I6 X8 H* l风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
1 u2 s. k9 h" F: i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
5 A' l# @& x; O9 T8 U% j' c( Y机模型，确定非线性方程组。
5 a2 }" {$ P, \  q4 p2 Y2
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：
! I: {' d1 O% z* Z. E0 ?1 S% Z6 J/ a  \1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
0 l: v- Q+ W  x/ ]2 p. U% m' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 g- M& @* t2 H6 j# o1 m2 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
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
( x/ X4 [$ z/ {" |9 Y* i- R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
针对问题三：
; ~" s! R7 x4 c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
: Y; p# y$ I( d果如下表3 所示：
- V" N0 O/ p3 L) V* Z表3 发动机性能最优时各变量取值
1 b: P9 e; y3 a3 I/ @变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
6 v4 w  d5 R2 K2 O  N, p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
5 p7 v2 K( m' l4 P: G$ ~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
# U; j  M3 ]! P. J7 @; d, I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
9 K7 m0 m, H0 Y9 ?+ y: J2 D8 k示：
7 ?) n( h1 d  `5 j3 [（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
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
# D) p3 N& i8 H. j' N( d. S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
4 Y  t; w0 v. u0 @# H6 \7 O% T给力，这些应该都是一等奖吧

) ?; M; @' ?, ~) h6 {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！