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：
0 _* c% j7 R- d2 x( p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
0 I' }( _# s) k+ {; Y/ W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。
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
6 m$ J, y- s( R2 a4 j/ k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
" Q4 x  M, I2 l5 K/ B, s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 i+ L) G! z' i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：
! V) Q- h# g! Y# R/ Y1 \+ y8 U  ^表1 问题一的数值结果
参数名称
- y0 H* u# e" a1 h部件名称
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
8 U- ]" T* C/ S6 C, T4 bCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
" L. _3 ^- u1 x3 d5 {1 u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
. Z% x* L0 n8 m, ?$ W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
% q9 L6 @( q6 K/ c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：
' u  b+ V. v8 Z! J8 Z) e1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
: D! ?5 [7 Y, P; G' '
0 W* H* y0 r1 K/ |  `/ k" L41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
8 X" V, [* B! v' J' '
7 j7 v2 l0 e7 a- b6 w: h45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
3 M  }; M2 c2 \; s61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
2 _1 W# G, U& b8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
6 ^) J$ b- f! s  J- U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
5 W' U" J3 {& _$ b+ s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
9 z  D4 e% L) O针对问题三：
$ \2 ^  \/ }+ o7 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
7 K" {5 R2 `' B) u. S5 J. O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 z4 D  g0 [0 E* A) y" P- d2 m, P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
# n" P( n5 ^4 ~2 e4 a/ J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 
8 q4 n6 O3 `  q. F. U, o8 W求解
2 W/ R, F7 U3 ?$ t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
* S) E6 d% q3 {! k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
4 J  @2 p2 W0 L# t& G1 r  q# I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
% G7 F# X6 ~& M) F示：
( f4 f' z1 ]" l% }5 a- D( N- T（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
5 L: a* K, f$ p5 T. R# L! u- r$ `
! _# _1 l" b- o' ?$ E  I

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
6 Q! I' S2 W# J0 t+ m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！