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
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：
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 A6 V( s% n- u1 p2 F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。
% O/ w( z4 `- p6 I: v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
7 q# q/ l0 n& C' O% J; N参数名称
部件名称
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
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
) F' p) i$ ~" j$ G6 w9 O) _针对问题二：
; c/ ^  `) ^" a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
. ]( d4 M" W) T7 E- \7 O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。
, @; M. \1 x, e( U! e% O2
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：
8 H$ {, _; F- z( e1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
% {0 `8 t$ ?/ H' '
) @4 F7 H# x* L; F45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
, z+ Q/ G4 ^# Z9 K, h' v61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
  v/ o9 \7 j$ ~( z' '
" B; h. d8 E9 o5 h( j8 C8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
3 J: _% J% F# D; w$ Q$ O2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
; P0 D  ^0 x. v, h% p- ]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
. @2 F9 y% P8 Z4 l0 k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
/ b; G2 {; M& V3 w+ g) }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
/ b+ \9 q. g) c6 R, Z8 |2 Q求解结果 0.9157 0.3332 0.6367 0.5835 1551.490 0.6620 0.8939
9 t2 x" W7 E/ Y/ m5 Z; W# `4 Z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
& `* h7 m3 \- N0 j: V# @( h& y果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
变量
7 x' H  |; t) ^2 c5 x, [名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
) u  d' X7 ~, T5 I2 T) t, E求解
; Z% B0 K# }- O+ g! H- H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
/ @% L6 M* X; d- D3 H2 ?" n/ b# w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
9 t; e9 P3 v/ [, x9 ^, F示：
( c5 H) @/ p1 b  D9 T! S4 k. z（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
* z# {. Y. s/ @( Q- J6 r（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
$ L8 [; S4 f; B7 ]4 \& y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
' ?! S& n/ T& {' @( g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

! v+ Q: n$ n' ]  r- k) C

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

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！