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：
# \. I; K! c2 h& q$ H6 t/ g  D/ j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
7 W) g; J8 B  a" K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。
% H  |! e; t0 W. `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
5 W6 E6 V0 ^* S/ l/ m$ _0 [2 m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
4 O  q. N8 q6 A. a" j* M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 Z' ^; b+ X9 `" w, B% t表1 问题一的数值结果
参数名称
  L# Z# R3 q6 D: s3 ?8 M部件名称
( r" g& I0 e+ _$ r" j- z出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
( t4 i6 x0 j3 [风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
9 J. K) q+ A# J9 d3 KCDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
针对问题二：
9 J. w$ S1 I% C5 l' M8 A" h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
; q0 q5 Y8 F) o4 |/ m机模型，确定非线性方程组。
2
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）
( R0 f! ^+ I9 h; {$ e2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
' '
, A3 C7 C3 k* t* D41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
  D2 O* k7 w2 I, V$ j& F61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
8 `+ X  P% S) T% V$ {1 A' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
  }- _$ i, m1 i" n( a3 q/ Q2 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
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：
表2 非线性方程组的求解结果
4 r; c) F( r) f6 D变量名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z
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
& I3 v, c1 `) y: D! F7 X9 y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
5 ]& G4 v1 Q; m8 G+ ]4 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。
& O* Y$ ?8 B: Q4 P7 R9 C6 O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
3 r9 d; T# }, r/ W" A% b' }2 }果如下表3 所示：
5 B4 M% q! o" X& m9 j: V- n表3 发动机性能最优时各变量取值
4 P; M% t% U, c% f, z( p变量
名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
. p- D7 R8 k4 |. M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
7 D& j9 g2 O9 u2 M! v! c. z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
7 c+ j- i* n' E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
8 s; U$ s/ t& q# d! V3 G, j示：
（a）推力随a M 变化规律 （b）CDFS 导叶角度变化
  }! u7 s- H* F- R3 @' `# ]0 E（c）低压涡轮导叶角变化 （d）喉管面积随a M 变化规律
" {8 J2 U" _1 B$ D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

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

, v: Q9 {8 Z' i7 ~. k+ _+ s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！