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
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/ s1 w; [: a4 z( e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，
" g6 f% W3 L, K! N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。
* H% H& `) f$ v5 ?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
) M0 a+ e' Q" Z+ V. q7 H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。
5 n8 p% }' ~/ ?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
; g# q$ R% n' n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
' Z/ q1 \4 V2 s" b0 l6 U参数名称
部件名称
5 }4 |7 n7 f& l+ h出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
* d' }% l- r- f+ }5 m7 {# V$ p风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
  V' U9 d  U4 Y6 [# C' I: r6 p. oCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
2 w5 c( s% c* ~8 ?& l% R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。
# t1 r; M3 I7 m* j, V2
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：
6 [4 H7 e/ E" q9 {) r/ i  }; L1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
4 g, L  K6 [! a$ q' \) I* Q: h- W2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
# s+ h8 |! H9 A/ K$ ~9 i( ~41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
+ k9 Z0 s; A. M. R- D. c45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
. W/ s7 z) K9 y1 M. ~8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
% b( m; I9 }! g0 ]: Q% C2 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 X7 ~. Z- W* ?6 m3 p3 c- [. U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：
- B# J2 y& x0 x9 n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
" C1 G& f  K# T: W- J: z& d1 E: e求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
' K7 Y5 t- c" I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
% T% z: ^$ A  P2 ?. z7 M; C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
果如下表3 所示：
/ }  I& ]7 p: y; ?表3 发动机性能最优时各变量取值
( `0 y. d% ^8 b* o3 d8 E2 o' r变量
0 f9 W: z( ?8 d- c; Y; _+ {, X名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
4 i$ D- H3 n- C3 r; S7 W. N9 U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
, N4 m- g' C, I' w9 `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
5 u8 x# W' N$ B5 D+ ^3 u. D0 u示：
$ Q* i. e# i; I( r9 k9 A（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
  l8 P5 t7 {! u) l- b% D4 a+ \* k/ G+ j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

, E9 K3 u0 z4 o9 Q

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
7 f) `! P( Z1 Q6 B6 N1 o给力，这些应该都是一等奖吧

1 M+ Z: \: a/ T2 v2 G) m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！