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
* R' L  c# P1 O# J& 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
# {# w: @% l4 Y8 |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。
! c; z1 Q- J. ]+ {* b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
9 A9 R' f- O) C; V5 k7 W4 [5 y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
0 M; b8 l5 O- l5 |' L2 b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：
8 R: n: N- ^' H2 J' d/ t表1 问题一的数值结果
参数名称
部件名称
% u& Q3 K9 F( @2 {" l出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
  W; \# U; W% V4 f3 D) v风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
5 n9 H1 K6 K0 X- F! L: |! B* ]% sCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
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
5 F5 o" A+ A7 x. [4 K2 M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
" ]# Y5 J7 n9 X" L机模型，确定非线性方程组。
2
4 n4 I8 `! s2 ~6 u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：
0 q9 f6 j$ Y& _2 T+ {7 C1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
, F6 u& E. T# m. C! L2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
& a0 z7 m, y( b. X( d1 V) j' '
* O- D2 v9 S$ }" h- W41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
; L) K& w$ Z- F1 z6 h' '
% T: T3 j; s1 z& F, z45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
  k( h. T, V' l" O61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
; Y3 V. j" Q0 @, h( M8 A( y4 I8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
( w) K2 i8 r  b5 j- P0 k2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
# y3 [4 v1 v. ?% p( m, T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
* ^7 S3 T6 K  z8 D1 j) i9 w模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
4 }7 \" W7 `; R/ P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
5 W0 c7 A$ {, Z' L% q求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
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
4 C* E8 p6 `* _6 F- z. e" M* n果如下表3 所示：
! r& H" o4 ^: Y( u表3 发动机性能最优时各变量取值
0 l( U! o- G# ~2 H" v* j$ Q4 D- B+ u变量
+ ~+ k5 B" s& H1 {名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
& R- J( t( P5 n结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
* c8 |; ^8 H: I( X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
' g. G/ I" L5 N6 ?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：
/ z+ u2 k% O! `: _# G（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
4 v3 K  c2 R8 |. M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

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

2 Y8 A. ?% Y- j; U, H$ j* H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！