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
* Z2 y) G( ~+ l$ f- v1 K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，
/ Q' G$ Z' P* ^9 s1 a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。
) {: Y; i/ H. [, T1 g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
1 b; @* a6 }1 ^* E  P% [/ m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。
/ O2 b+ T5 b$ f5 d* p/ 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
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：
) \: `! u8 s; A- `9 B  A表1 问题一的数值结果
参数名称
部件名称
! q) `2 a* U% H+ N, C4 ^出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
/ [  b7 J9 t; ]0 p# t0 |风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
3 p8 I) y- O  x( X$ c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
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
5 H  d- W7 F" i) x3 S, J' q3 V0 q机模型，确定非线性方程组。
2
% x6 P: U% e0 J6 k7 q) _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）
- V3 U. N, ~/ r4 W' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
! x' D6 V7 S) o9 }5 _$ x1 L45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
( `1 A6 g/ U+ |2 t% r0 k. B61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
. _6 H# J3 B: Q" I2 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
& H8 ^& K; B! G: E3 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
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
; o5 |: W3 n7 G( N5 b$ J0 m求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
$ o  Q+ p/ J- \. I+ r% b  P针对问题三：
9 N8 _, x6 J3 H) n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。
4 i- g9 B& I" t3 m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
, r1 c1 n4 i# [2 R9 \9 i变量
# e3 r2 m/ N7 Q. Q- g5 }8 N7 {$ Q名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
  w. z: P3 e, k9 X求解
* p1 v9 @' d) S6 X- K( ?2 v5 c8 Z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：
2 O. f/ n( H! W( X  _3 q（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
' l; \3 A) s2 A: }' A" D（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
- @) J; V: O0 s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
; I6 q7 p' m! [" m' a; y

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

0 L  u( o  T% @7 d' |: Q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！