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：
8 [8 q( E) _/ @6 C7 o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
" D. q" D3 [9 p: d/ y7 v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，
, G8 n3 q6 z; e9 M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：
; j9 R9 i8 A' |5 M% S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 r* L" s6 \" W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
: ?# ^0 x$ U# r3 Z+ E+ g0 y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
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
) P+ y1 C4 g9 g( M- P+ @. b/ G参数名称
部件名称
$ u$ D# q  s& x+ F7 V) x7 c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
; u. `5 }; K, H& j: z8 dCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
- _8 I5 K3 V; N& e/ B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
3 Y4 D" ~- L" I$ [0 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。
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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：
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
4 K2 k7 q4 d6 u4 w8 g* Q& I2 a1 j, r2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
1 ^4 f8 x3 F' \) G4 p5 {- V: S3 s8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
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 f0 \  g, C" F/ C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
6 A* i( @1 x( b  G模型及结果的有效性。求解结果如下表2 所示：
5 _, x: h% p* s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
/ ~  W9 V! ]+ }  l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
6 y- v. ~# [; z& h9 B" 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
. L+ V0 Q3 j0 D1 i# U5 M果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
' E; B* j- A$ S! K5 R变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
9 ]3 J; X# t& D' ^1 ~求解
结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
, z* s$ q# Z! }5 }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
- i* B7 B( r6 V( ^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
' L, ^% T. q7 Y' }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
& ^) Y5 g  S, Y3 U$ k: ^

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
4 h  a0 G/ [2 P' C3 _- z. a1 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！