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：
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
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。
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
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
- 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：
表1 问题一的数值结果
参数名称
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 712275.6
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
! 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。
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：
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）
' '
* @3 R0 D: U2 `- O( B& `9 O1 O$ U45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
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）
2 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：
$ D1 F3 ]. S0 E表2 非线性方程组的求解结果
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
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：
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
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
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
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
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
给力，这些应该都是一等奖吧

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！