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
' e/ h& Y2 E: W  _& x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 m2 G" _, W) c4 L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。
/ n, U3 [1 y2 q. h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
4 C0 |1 v0 L* H+ v: E5 y* C2 h0 u; H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：
' I0 |# c! ~5 i4 W. |$ A0 E+ Y2 A" c表1 问题一的数值结果
0 g* z5 C5 D  c参数名称
4 O4 b3 C+ n. c0 G部件名称
+ K  \' a3 O8 G0 h/ k" ^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
: ^9 v+ Y0 x3 l2 B, uCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
* b: A' `! l" B# S) W- `$ m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
5 {* z" |4 K- \7 P+ t  E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
9 G, M- m; N+ c. P- P' G) g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：
  F, b4 V6 {% I" D6 j, T7 f1 | ( - * 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）
2 W( e, F! B' u$ V4 R' '
- \3 c! a5 w4 T  O/ X' ~45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
& |% x0 k5 Z. x8 g. [61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
  _. g! z- m5 T  M3 t" z' '
- B7 d$ z+ w+ o) \$ J5 g( V* J) [8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 \1 B" r; [" B$ F0 J  M2 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 Q9 p! R5 _8 [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：
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：
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
2 v, y: V% T  Z3 F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。
0 E" O( a; W! Q; R! e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
& H8 a# u5 s4 z5 U/ {果如下表3 所示：
% p" v+ x8 ]0 ]. E表3 发动机性能最优时各变量取值
  K2 m7 z* @4 ]& y变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
) S2 _5 G# j: c% i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
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
8 g/ ~4 O9 Z7 X% e  ~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
0 \* D' U) Z2 u( i: [9 l8 H+ }（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
' m4 X8 n0 g: F6 L
. c/ ^) S0 o4 \8 |  S! S$ P1 `

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！