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
1 @4 e3 r5 J8 B$ P2 z& }0 k4 @9 ]0 M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
  J0 e& T! \. ]1 D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。
5 t6 ]0 Y. Q) @( v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
. `4 T6 U( E3 b8 |2 j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。
! O# O7 L6 B8 w/ W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
  D$ l4 G/ _# l: y/ L' ?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
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
; H* ?3 l5 Y& k4 w6 V+ \风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
: i4 A- p- Q1 D) `针对问题二：
' r( j! V/ ?/ ]  j8 l( K, o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
5 s& Z4 T8 v; O7 P  e+ M4 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
  G) \  L  s+ U$ w6 `机模型，确定非线性方程组。
& F8 T! C: {- g1 ?% [2
4 Q5 t# {, h/ }+ q; K# q. d; q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）
, L$ L5 ?2 j7 y6 A4 i2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
7 ]$ D/ _: Z  ?4 @7 p' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
8 B! M( N# h* o  W6 v7 S7 [5 r; t45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
$ j  v( A6 H7 X61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
; [! ?8 Q% ?- I* i6 T' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
* p  p$ Q- z& ^/ z2 {, v+ A2 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
5 X! ~- c2 }" C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
6 l3 w5 r2 V5 d* I! P) E5 R) B模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
0 |' _: y# f1 w0 ^7 O) l5 {# Y5 F4 K* Y表2 非线性方程组的求解结果
2 @; h. {: R0 S( _8 Z  c* ~; Y; G' a变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
% {: L% Z5 k6 f! o3 e6 u求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
/ B& a& n* j8 U( B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
8 {1 {" }# S  @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。
# g8 F6 i" ^% f- i2 @: v- N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
7 l0 ]) B5 l" u) W1 O果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
" O3 L4 b) o, T6 g名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
& ?7 |1 K5 T& |求解
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
* J0 t' s+ |" D7 `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
6 K: C* w  P+ U( \5 n  F示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
2 b# y4 g" g: o% P' Q, E（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
% a3 H. B5 H! ~( z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
/ [8 ^2 d, w6 P& D4 |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
- H1 Q! f9 s' X1 [3 ^/ A

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
给力，这些应该都是一等奖吧

+ o9 S% m; [  H: m  X: E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！