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[2013A题优秀论文] 基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化

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madio        

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    1#
    发表于 2014-8-30 17:51 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta |邮箱已经成功绑定
    摘 要:
    7 o6 T3 P0 m1 N0 i( j* d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- r, Q: C4 S$ k& }7 q9 H2 `2 U
    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
    , K1 f$ s6 d$ o- l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,
    + b2 o1 O; }/ k( j) ]) L. h1 z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。; w% z& P' X% [- H  a4 v6 |
    针对问题一:! h7 Y$ i% R% F3 D9 q. Y- L
    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* Q# [5 f* A0 n/ _6 F) o
    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* q& U% S) k# t& B0 O: E% T% F( E9 r3 C, R
    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。4 D7 y7 X! W9 W- ~! s0 ^
    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
    - f" [2 t' [/ p7 b2 D2 G+ q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:& b- n8 [- V1 V# J5 V& u7 L* D
    表1 问题一的数值结果  R, V; R3 r: a
    参数名称+ v; d# P, s7 w
    部件名称
    + ]# y% \8 S6 G2 m/ U  L. ]: X# C出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
      ~: n* k: m9 Q+ K! q# R  h风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
    % C( g$ p( n. j" C5 E! L* U: dCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.69 [& ]( {; d% q: `5 l
    针对问题二:7 s$ ]( R3 R) N$ ]% |' H; B9 z
    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
    ! d- Y3 q  D! J' S: z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
    - D) Q& D; Q9 N) H) D机模型,确定非线性方程组。/ L& ]- q, c; K8 r5 K$ b
    2
    & t# ]8 f4 w; X6 s/ X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:: h+ J( ?8 w! X- q
    1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| (1)8 g& O' X/ t: }& v" N* V: O
    2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  (2)$ h: d) Y8 G+ T1 \/ g2 u
    ' '/ M$ ^) @3 Y: ^( X7 {- E4 z5 L: E
    41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | (3)5 K) v* I% Z+ F( d
    ' '
    * @3 R0 D: U2 `- O( B& `9 O1 O$ U45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | (4)6 r! L- i- r, B* l: x, ^& [
    61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | (5)
    6 L# D4 e2 Z5 _3 O. n' '
    . Q, T0 \+ _" ^0 ?* U% u! q8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | (6)6 `6 \& a" p% K* v( b- }
    2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W (7)9 n8 D1 y( M5 f2 \9 M
    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$ Q3 d, O: p  q
    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1 e1 J* u! O1 T& r  U- c! u
    模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示:
    $ D1 F3 ]. S0 E表2 非线性方程组的求解结果8 y- |; f2 G) ^9 n% ?9 v# s6 A
    变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
    + C; H0 x* b* T! \) N1 H( {# U0 y  g求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
    9 k( u) B7 ]1 _0 M. ~" r' u% e7 R针对问题三:
    ) B+ a. f5 u5 ?- T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
    1 o8 }/ _9 |6 U: ?3 ]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  S; a  `. F+ g& c( C+ a
    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。- b' A' o0 Z9 E0 o) h% |. D; o
    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4 p2 t, D3 u; V: h, `. N
    果如下表3 所示:
    2 }7 A4 q* _! K, x6 a+ g; B) G. p9 O表3 发动机性能最优时各变量取值) ~* o2 J" D6 {1 O3 S$ S$ D
    变量
    . ^1 {3 o6 K0 T名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
    3 V6 i6 [: t1 Y6 t* O# }% {求解
    : M4 C5 A9 v9 R5 Z4 d6 v5 f结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
    5 d4 N+ L' C% l( ^2 ]0 t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
    / c# x0 X+ I* v2 i1 q, Z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
    7 K% P7 u9 }+ |0 N& e# F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 U' x0 R/ o1 ~' L$ V# I8 ]# y
    示:0 Q& ^/ j* c) }% W- |
    (a)推力随a M 变化规律 (b)CDFS 导叶角度变化+ }6 I# g* t. `: A8 L% U
    (c)低压涡轮导叶角变化 (d)喉管面积随a M 变化规律
    2 P; I5 f' F* @* M7 P" L+ v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; W6 K2 a, ~' @% F% P& l
    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- Y: _$ W, U  G5 w. i/ x
    6 [& P) Q8 U: I4 k, t  ?: [( c

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    Enjoy972430161 发表于 2014-8-31 14:51 2 ?& |; _# z; G( |. {
    给力,这些应该都是一等奖吧
    % k8 [  o  S2 e
    都是一等奖的
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