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：
! {' |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，
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
# 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
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
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
部件名称
" R7 i( a2 Z$ S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
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：
1 | ( - * ERR  NCL NTL mL ) / NTL *mL| （1）
2 | ( - * ) / * | CH CDFS TH mH TH mH ERR  N  N N  N  （2）
- @. U. K! }* u4 f3 [, H' '
41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
6 b/ b5 \1 ~2 O$ U8 A' '
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）
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：
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
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
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
0 H) l: G( D5 \2 a) d1 b. ^7 d7 b果如下表3 所示：
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 
求解
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
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
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

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
/ T, w2 S8 g3 O0 {( U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！