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
$ C1 K' d" m) q) r* 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
  P: r# D2 y# b5 ~7 R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。
7 H; ?7 f3 L6 n( Z' M针对问题一：
1 A9 y& x- a4 O- ~, d; C, ]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
+ a- K1 j& W( \+ `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。
! ?; F1 s! d; i# ]. H2 f. S6 D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
: ]1 g/ w; C$ Z2 h  w0 ]/ J参数名称
; w' `2 R* s2 g8 _  L6 m部件名称
" H3 h$ w$ w- N& B+ l出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
+ d1 Y: t. _7 R% m风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
! L. t/ }9 V4 S) c针对问题二：
2 T0 ~4 o- K0 O1 S: E5 L6 |; u  U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
4 ]  |6 W! b9 l$ e/ u: c5 z! x8 r' Z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：
6 h4 S0 \) o. A1 g; Y3 W+ C5 B1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
1 z" w9 Q4 g0 m8 r2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
. T& K& _3 z5 H" [. K41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
0 {2 G# k+ q" d% U61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
: }/ f; F; _2 S8 R* y0 s3 p2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
6 W- [0 I0 l0 `! b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
8 x8 M, n% [; M: p/ ]3 d5 ?1 \! J9 n' O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
/ _9 q6 \9 K, U! `+ I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
; g/ [* T% [+ m. l4 n- q- n% i% d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：
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
; O0 ]( [! l" o7 @3 R2 u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。
4 K* g& V/ t3 D& l' _0 w: l5 P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
  Q; v: e6 c+ r果如下表3 所示：
  G* E$ H+ M4 T) p! J9 x& _表3 发动机性能最优时各变量取值
  Y/ w- n3 d; w) [变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
5 L4 z9 q+ ], ^5 Y2 \7 y8 V求解
* M/ L5 {; q' t" W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, w# Q4 q% ~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
4 P$ o5 @' {8 i3 m6 P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
7 a9 Q( p( t- R- i6 Q8 M. ?2 q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
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
  H4 {' ~: n+ t! R9 [  e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
  T! V) z. V% C* w% l

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

$ e* B+ n4 ?+ }# {' h; e  g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！