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：
' W  [0 G- j/ l' i' C; J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
$ V6 e3 N' ?& `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。
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 U4 m, y$ B( B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
6 @+ b) y+ f2 [% K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。
+ O: B# }1 X$ i# X8 l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 m& k" ?0 _* g. g4 }  L6 ^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
( e  O* x! r5 a! v8 D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
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
& g; r' g4 P$ G( y, T- F  m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。
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：
( j( |; y( ~, J0 o) z! X) t8 H5 R; U% W) Y1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
5 F- U* r) X# B# @; K; j1 V" n4 I0 j2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
! \. x( `1 }+ m' '
; q# x8 H! V- Q41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
5 Z1 X+ |/ _1 n' '
9 K) @7 R# z& `45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
2 f8 Q( ?( R! N3 n' '
, o: Y+ u$ p1 V% T+ k" B: J' J8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
0 K8 l0 S6 @, R+ n2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
+ O; C9 d  C( f: N+ f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
' m" m/ M6 W: t7 `. q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
# y. W  j7 j) W模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
. J3 [# a8 t9 j- 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
求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
0 |$ P+ k3 G# s* {" \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
- Y4 n) c* U  C; J% |+ I/ U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
0 |/ r8 O& n" d- ^; I% `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
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
( ^  x0 B+ ]# W# `  A求解
! ?; Q1 k& v0 a! J9 B2 V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
9 `6 e3 D/ M1 j. t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
( j" F3 N+ q+ e( p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
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
! k, t+ s" T* ?4 D; u7 F5 F

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
* l8 |7 o1 f3 d! a! W" [' o& k. _0 C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！