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
2 }- U5 I$ q. q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：
2 u; Q  z! A, F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。
/ k( [" k' `9 n6 s" Q/ a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
. ~8 a0 M; [& ~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
% O/ ~4 T3 c8 N' ?# ]& F参数名称
部件名称
出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
* O' _+ m6 o- r& T风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
& I, o% H, ?$ O( R- E+ ?' j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
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：
3 z: x4 x1 ]% q5 V1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
3 W5 M4 O  \; p1 Z) X  O- i2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
5 z! Y$ M4 u' u$ _! @- ~. z. y41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
8 h+ U5 M# t  \0 G$ N, x1 ]% g3 ]' '
8 U* Z8 H& o' y1 [, s6 }8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
4 ]' \& N! j$ i# [8 g+ P( I2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
1 {+ }  w! t' G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
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：
7 e4 c  T+ r0 j; B* c: U# s' T3 i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
1 T5 @7 T2 o+ y; k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
+ e; J+ H7 T+ f6 ]6 d& G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
+ J" m. P; v& u; u9 V$ `果如下表3 所示：
- |9 h. U  `5 }+ Z. E& q表3 发动机性能最优时各变量取值
' V7 s, `* [7 y, d4 h8 {变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
# F4 {6 X2 C. O4 S$ z* Z求解
) t* Y+ Y- ^% V: x: o& I. y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：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
% C' {, p: P4 V8 i4 g（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
- d4 k4 A. o3 w" \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 h9 q) e0 F- m/ {

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
. u+ N5 k- O* z$ |给力，这些应该都是一等奖吧

) z% A+ p8 Y$ L) ~  G4 l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！