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[2013A题优秀论文] 基于遗传算法的变循环航空发动机部件级建模与优化

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madio        

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    发表于 2014-8-30 17:51 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta |邮箱已经成功绑定
    摘 要:
    ! {' |7 \& V% a- Y% m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
    ) S; {- x9 f; d! C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
      q! X0 v; W; v0 G1 v3 w+ i, F/ m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,* \3 d0 [; Z9 F& b% E
    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。$ O" C* T0 f  u; R- {5 |. H, I( j
    针对问题一:( f5 i7 |: M0 b6 w0 @
    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
    # r5 W7 J  g1 ~1 N" 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' B2 N! ^9 w( i
    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。
    $ x4 q5 D+ 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% p9 e. R; `( j& Q0 Z6 h
    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:
    ) }1 h9 k. T4 \( Y4 t  s  V5 G表1 问题一的数值结果
    $ n8 @7 c) G9 p5 a4 e7 [8 B4 t参数名称* U2 p% H: }! ]* H1 z
    部件名称
    " R7 i( a2 Z$ S出口总温 出口总压 出口流量 功 功率8 m- z5 a8 a* K! g6 \
    风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0; _4 q( M5 w/ L5 j$ H
    CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
    9 D; B( A& Q* v1 b! m4 u7 u针对问题二:
    8 s1 I1 K* r: O- {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
    % A8 o+ |: e4 n# N0 `6 b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 L9 j/ s+ c) E% [/ I' t' F机模型,确定非线性方程组。
    5 z" ]8 o' V6 C& N  v; ^) e1 H2
    , m/ @3 ^% R$ _* ^2 u0 _8 V' P8 n) `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:9 t2 r& |# R3 I' e5 P" R
    1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| (1)/ _4 \' s% }+ M! D8 [
    2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  (2)
    - @. U. K! }* u4 f3 [, H' '! i3 X6 g3 q, s  D& [# O+ {
    41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | (3)
    6 b/ b5 \1 ~2 O$ U8 A' '# K; S+ A8 t  n# W- x8 y
    45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | (4)
    " b1 C$ m6 f6 I+ w" G61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | (5)
    ' W& @* x- H3 t. D6 _2 x  k1 s' '
    1 r/ M: P- Z- B) l. J) _  @% H8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | (6)5 o# ]6 }6 g, x
    2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W (7)
    : T6 {% ?' J3 b* }9 ?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
    3 b7 m1 A0 Y% U5 }8 \3 l* ]0 m$ x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
    : |' O& W" Z, l8 C2 n4 ?模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示:/ P% x1 f0 H& a% E
    表2 非线性方程组的求解结果
    % l4 N/ X- `3 x变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z. V, t6 ^; g0 U; x7 O4 g7 ^
    求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
    $ O7 }. `! P& d& ?! A  d6 `针对问题三:
    * `3 n1 Z" N3 [8 {( ^# W/ o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  Q/ w, ^' S* |  Q' I# |
    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' Z( R+ t8 [" y) L$ Q" Y
    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。( L% ^4 H8 Q2 j% S# j
    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
    0 H) l: G( D5 \2 a) d1 b. ^7 d7 b果如下表3 所示:" _- \2 p$ [! I  O+ N' C! [
    表3 发动机性能最优时各变量取值
    , a- O4 ]4 n2 `4 q! Y2 m9 \: v变量
    ) w0 d2 a; V# y( a1 w名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL / Y7 I5 a& ?0 J1 P8 o
    求解. u9 B; O1 N' S0 i1 a5 M( z
    结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
    + U5 ]! n& }, Y9 V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; D6 Y- u+ R; q
    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
    2 M& b# G2 c/ ~6 _7 E, M; |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
    0 L4 |9 a- \2 _$ H8 B9 T; i1 |& H示:
    ) ^, _" F1 x& q9 O9 F(a)推力随a M 变化规律 (b)CDFS 导叶角度变化
    * k" ?" e. \! Y$ `' y(c)低压涡轮导叶角变化 (d)喉管面积随a M 变化规律
    ; Y4 x5 `1 V+ W3 d* |' 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9 ^' E1 T1 Q' {
    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
    2 K& w. ]% E8 H; l8 G1 c
    8 r$ Y. V+ M  V! c3 C$ b

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    给力,这些应该都是一等奖吧

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    Enjoy972430161 发表于 2014-8-31 14:51
    / T, w2 S8 g3 O0 {( U给力,这些应该都是一等奖吧
    * M, k& m& P6 A  ~* \
    都是一等奖的
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