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：
9 G! X  }* }/ N+ D- N. Z9 r7 A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
8 d0 B; A) S7 N4 L5 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
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，
9 p6 x0 ]/ r; Y/ ~" y( b" T& 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
" f  p) m9 }' y8 p' F# y  g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
5 ~8 s0 o6 X4 I8 {) C" Q, v+ z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
7 |, c. r3 \: [. v% Z+ h* z. J参数名称
部件名称
5 X1 h1 Q1 }' {3 r, }% k出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
' v) G" _: i* A8 t, _风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
* m4 z+ J& d( |3 [: N0 x: F针对问题二：
8 @$ f! \+ W: t6 a9 Y3 s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
7 d% i4 P) _* n/ k9 G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
6 N; R, G" d+ A6 `2 G9 J机模型，确定非线性方程组。
! y5 @* k: G, Q8 K- S, X+ Y2
" O6 W3 d, e7 W* N1 h! j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：
/ [5 K* K$ M% r4 ~& b1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
& t" j" E2 ]* y! s41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
1 b( L" u/ Y' [61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
  x: [/ b' ]$ N9 n7 P& L" k! C2 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
2 B# o" W& i% V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
3 x% a; u& }) W2 m. k" w$ S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
6 n/ W+ r% o) ~6 W7 O& ^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
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
: E' C6 J6 b5 N. O, h6 \果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
- e7 Y) X# [1 _/ v2 W% _( I变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
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
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：
3 T7 i5 g7 W( W; C8 }（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
3 R$ Z/ L9 x4 x1 T5 n! T9 {- K0 q（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
0 l9 K3 |9 r3 a- T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
7 h% z! w9 B3 c& J4 l( r7 p5 d

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
9 p: e* n4 s+ v0 V给力，这些应该都是一等奖吧

* q. A3 N( Z, o4 J) q* A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！