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，
% {$ Q' k. ~8 N9 |6 Z9 t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：
' o4 x% M. k  F; l  c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
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
7 ^" B. {+ [) E) i  c9 D5 j5 J) q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：
! w9 O* l' m$ Q8 F+ `表1 问题一的数值结果
参数名称
部件名称
( [/ Q* K: T" V出口总温 出口总压 出口流量 功 功率
1 M. y1 i& f3 l7 l) W风扇 379.2843 1.3057 19.0477 135391.2 2578893.0
CDFS 420.3160 1.7973 17.1330 41573.3 712275.6
9 c2 z- x4 n0 ^8 U" V& Y6 p+ O针对问题二：
0 I6 J4 v4 w1 d% @5 v& J, e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
! I# j1 N' A. ]. ]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。
, I  X3 C: o3 w' P8 t& g; d, V( i+ y2
9 d8 I: |! {; {! W; _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）
' '
! |# K2 O2 I: X41 41 41 ERR3 | (Wg -Wg ) /Wg | （3）
. R+ q& f! ^$ ~7 c; Y- W9 ]' '
45 45 45 ERR4 | (Wg -Wg ) /Wg | （4）
61 62 62 ERR5 | ( p - p ) / p | （5）
' '
8 8 ERR6 | (A8 - A ) / A | （6）
2 21 13 21 13 7 | ( - - ) / ( ) | a a a a a ERR  W W W W W （7）
1 A& C" |4 f8 ~* F6 X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
' B3 _0 e! I3 V3 s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
8 F' F) J4 A6 W. @; _4 P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
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
7 Q! z5 z" g( n) F3 x4 b, h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。
7 Y& {  j# A1 W( o! y/ C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
* t8 b# A6 B0 o- g& l6 V果如下表3 所示：
表3 发动机性能最优时各变量取值
8 Z' Z' f  ^# J  r" K; V变量
* ^- H3 H0 v9 t( S1 Z名称 H n CL z CDFS z CH z 4 T TH z TL z C  TL  NL 
求解
( p: [) J; r/ u: F) L结果 0.997 0.958 0.045 0.032 1700 0.025 0.020 8.431 3.296 0.888
/ A. ?) \! u2 }& E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
  A: x1 J. J) C" X+ X5 \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 G1 A( M9 h* X! o% L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
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

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
( N$ a. z& p+ Y: v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！