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
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
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。
/ g% a7 K0 _3 E* g7 V针对问题一：
& d0 M8 Q% C/ t( f) A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
1 z+ A/ ?5 M' e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
6 U8 I: b! N3 }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
9 d: y3 Z7 L+ c! P" p% T2 m7 q部件名称
( W0 O  a/ i! v' R2 z* \7 q7 i. x1 t出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
/ O7 I8 y2 A" i: k3 SCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
" \) A8 ]$ v% b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
机模型，确定非线性方程组。
$ ?+ q! {9 c, c! ^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：
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
4 A9 K+ _# S8 ^/ C2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
7 X! t! O. E' B7 _  r' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
! O1 [7 s! ^8 w" r7 @) E3 e$ e& M' '
1 d+ X$ Z, a" c) I" D3 r: i2 ?1 B45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
+ j% b1 X  d0 R0 W2 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
0 B* g- ^8 q. P& {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
4 Y6 E1 M6 R* i& I- _! Z! e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
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：
/ s8 \: A7 r) j" Q1 H# v1 R5 J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
果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
, f7 Z: j* i- b8 O0 V* [名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
* {+ g* w5 \! m/ i4 q6 t8 ?9 A结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
2 {9 H: `# G& g8 d: O, q# a* @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
3 I: \0 p$ y& W3 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
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：
# S1 F* [  K. d+ \; X（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
/ L" u) P! C' l* w4 z（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
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

3 g) N* _. k& ^% w

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

4 S" R  z/ W+ N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！