下载文档原格式
第卷第期空气动力学学报，年月，!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：（）遗传算法在气动力参数辨识中的应用钱炜祺，汪清，王文正，何开锋（中国空气动力研究与发展中心总体技术部四川绵阳）摘要：将遗传算法推广用于气动力参数辨识，以取代通常采用的梯度类优化算法。
通过采（）遗用遗传模拟退火算法对某型飞机的纵向气动力参数进行辨识计算及分析后，可以看到：传算法是气动力参数辨识的一种新的有效方法，该算法不受参数初值选取的影响，具有较好（）遗传算法的计算效率受种群规模、遗传算法构造本身等因素的影响比较的全局寻优特性；大，并且还有相当大的进一步完善与改进的空间。
关键词：遗传算法；气动力参数辨识；遗传模拟退火算法中图分类号：文献标识码：引言飞行器气动力参数辨识是飞行器系统辨识中发展最为成熟的一个领域，现已成功地应用于飞机、各种战术导弹、战略导弹，并拓展应用到其它运动体，例如鱼雷的水动力参数辨识。
目前工程上应用最为广泛的气动力参数辨识方法是极大似然法，该方法将参数辨识问题转化为一优化问题，通过优化选取气动力模型参数值，使模型的输出与实测值间的偏差达极小［］。
在求解此优化问题时，通用采用的是基于目标函数梯度构造的优化方法，如最速下降法、共轭梯度法等，这类方法具有收敛较快，计算量较小的优点。
但是，这类优化方法也具有相当的局限性，如当目标函数不连续时根本无法求取梯度值；同时，这类方法在优化设计中都始于一组特定的参数，使得优化出的解趋向于起始点附近的局部最优解，从而给优化时的参数初值选取带来了比较大的困难。
为克服梯度类优化算法的上述缺陷，本文考虑采用遗传算法来求解气动力参数辨识问题。
遗传算法遗传算法（：）是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索算法［、］。
与梯度类优化算法相比，遗传算法主要有以（）遗传算法不直接作用在参变量集上，而是利用参变量集的某种编码；下几个不同之处：（）遗传算法不是从单个点，而是从一个点的群体开始搜索；（）遗传算法利用适应值信（）遗传算法利用概率转移准则，而非确定性准则。
超音速复速级涡轮的气动设计改进
林奇燕;金志磊;王磊
【期刊名称】《火箭推进》
【年(卷),期】2014(040)001
【摘要】采用数值模拟方法对某液体火箭发动机超音速复速级涡轮进行了流场分析.根据分析结果对两列动叶的叶型进行了改进设计:第一列动叶栅的改进采用自由旋流法,通过等通道的叶栅流道设计,减弱了激波对附面层的干扰,有效抑制了流道内的流动分离；第二列动叶栅的改进采用参数化叶片造型法,型线用具有局部修改能力和保凸性较好的Bezier曲线表示,通过减小入口攻角降低了分离损失.数值模拟结果表明,改进后的复速级涡轮内部流动特性改善显著,分离损失明显减小,效率提高了5％以上.
【总页数】6页(P65-70)
【作者】林奇燕;金志磊;王磊
【作者单位】北京航天动力研究所,北京100076;北京航天动力研究所,北京100076;北京航天动力研究所,北京100076
【正文语种】中文
【中图分类】V434-34
【相关文献】
1.复速级冲击涡轮式气动马达设计计算 [J], 李富成
2.某型超音速冲击式氧涡轮叶型气动优化 [J], 李旭升;郑继坤;吴玉珍
3.一种复速级冲击涡轮式气启动马达涡轮的流场分析与实验 [J], 孙江宏;张伟;于传新;张奇梁
4.浅析复速级冲击涡轮式气动马达 [J], 秦方圆;谭利
5.超音速涡轮叶栅气动性能实验及分析 [J], 龚建波;俞镔;朱俊强;徐纲;聂超群
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
1.5级涡轮非定常流动研究的开题报告一、题目：1.5级涡轮非定常流动研究二、研究背景：涡轮是燃气轮机和汽轮机中的重要部件，在工业生产和航空领域中发挥着重要作用。
但是在高速运行状态下，由于叶片上存在的不规则几何形状和叶片与叶片之间的交互作用，使得流场呈现出复杂的非定常流动特性，如分离、漩涡、涡轮振荡和涡流结构等，这些都严重影响了涡轮的性能和安全性能。
因此，对于涡轮非定常流动特性的研究具有重要的理论和实际意义。
三、研究内容：本研究采用数值方法研究1.5级涡轮的非定常流动特性，主要研究内容包括：1. 建立1.5级涡轮非定常流动数值模型，考虑叶片不规则几何形状、交互作用和不同运行状态下的流动特性。
2. 开展不同运行状态下的流动数值模拟研究，分析流场的非定常流动特性，如涡流结构、涡轮振荡等。
3. 探究不同参数对1.5级涡轮非定常流动的影响，如转速和工况气动参数等，寻找涡轮非定常流动特性的规律和影响因素。
四、研究目的：1. 探究1.5级涡轮的非定常流动特性，揭示其流动规律。
2. 分析涡轮非定常流动对涡轮性能和安全性能的影响。
3. 提出改善涡轮非定常流动的措施，提高涡轮的性能和安全性能。
五、研究方法：本研究采用数值模拟方法，利用计算流体力学（CFD）软件建立1.5级涡轮非定常流动数值模型，开展不同运行状态下的流动数值模拟，分析流场的非定常流动特性，探究不同参数对涡轮非定常流动的影响。
六、研究意义：1. 对于1.5级涡轮非定常流动特性的研究，将有助于揭示涡轮流动规律，优化设计涡轮结构，提高涡轮的稳定性和安全性能。
2. 对于涡轮的性能和安全性能提升，具有重要的理论和应用价值，在工业生产和航空领域都将产生广泛的应用。
七、研究进度：已完成1.5级涡轮非定常流动数值模型建立及基础流场数值模拟研究，正在进行流场非定常性分析。
预计研究周期为1年。
八、参考文献：[1] Huang K Y, He L. Unsteady flow simulation and aeromechanical analysis of a three-stage transonic fan[J]. Journal of Turbomachinery, 2016, 138(12): 121008.[2] Sun X, He L, Ning W, et al. Unsteady characteristics of the vane and endwall in a transonic high-pressure turbine[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2017, 139(10): 102602.[3] Yuan X, Cui J, Fang L, et al. Unsteady flow characteristics of transonic turbine with different platforms under different operating conditions[J]. Aerospace Science and Technology, 2019, 89: 773-784.。
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis某型航空发动机振动值波动故障诊断和排除∗丁小飞1，2，廖明夫1，韩方军2，王俨剀1（1.西北工业大学动力与能源学院西安，710072）（2.中国航空发动机集团沈阳发动机研究所沈阳，110015）摘要针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题，开展了时域和频域分析，指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。
推导了航空发动机拍振引起的振动响应，建立了某型航空发动机双转子动力学模型，并进行了仿真分析。
仿真结果表明，当发动机两个激振力频率相近时，会产生拍振引起振动波动，仿真结果与试验结果相吻合。
结合发动机结构和其工作特点，分析了发动机形成低压倍频⁃高压基频耦合拍振的条件，给出了拍振排除方法，并通过试验验证了方法的正确性。
工程上可以通过调整高压和低压转子转差关系，将转速比调整到合理范围内即可消除拍振。
关键词航空发动机；双转子；拍振；振动波动中图分类号V231.96引言航空发动机整机振动问题是制约发动机发展、影响发动机结构完整性和可靠性的关键故障之一［1］。
针对航空发动机整机振动的故障特征和识别问题，国内外学者在航空发动机不平衡［2⁃3］、不对中［4⁃5］、热变形［6］、碰摩［7⁃8］和积油［9］等方面开展了大量的仿真和试验研究，得到了典型的振动特征和表现。
多数工作是基于理论和试验开展的单一影响因素的分析研究，但在实际工作过程中，航空发动机整机振动的特点是多频、多源耦合的振动［10］。
现代涡扇发动机均采用双转子甚至三转子结构［11］，同时又存在复杂的连接结构，在装配过程中大多数工艺参数难以测量，无法保证装配质量的重复性［12］，导致航空发动机整机振动问题异常复杂。
当两个激振源比较接近时，发动机容易出现拍振现象，继而引发发动机振动监测值的波动。
南京工业大学研究生学位论文格式的规定为了提高研究生学位论文的质量，实现学位论文在内容和格式上的规范化，特作如下规定：一、内容要求研究生学位论文按《南京工业大学博（硕）士研究生培养方案》的要求，应做到立论正确，推理严谨，层次分明，数据可靠，文字简练，说明透彻。
论文一般应由九个部分组成。
依次为：1、封面；2、扉页；３、中文摘要；４、英文摘要；５、目录；６、论文正文；7、参考文献；8、附录（可选）；９、成果；10、致谢（可选）。
（一）封面采用国家教育部（或GB7713-87）下发的统一格式，封面上填写密级、论文题目、作者姓名、指导教师姓名、申请学位级别、专业名称等内容，印刷论文时对部分内容未确定可暂不填写（格式详见附表１）。
（二）扉页为英文封面，内容与论文封面基本一致（格式详见附表２）。
（三）中文摘要学位论文摘要应具有独立性和自含性，即不阅读论文全文，就能获得论文中必要的信息。
应含学位论文的中心内容，简短明了，摘取原论文中的基本信息，体现科研工作的核心思想。
内容应涉及本项科研工作的来源、目的和意义、研究方法、研究内容和过程、主要结论。
注意突出学位论文中具有创造性成果和创新部分。
（四）英文摘要英文摘要的内容应与中文摘要基本相对应。
（五）目录目录作为论文的提纲，列出论文各组成部分的小标题，应简明扼要，一目了然。
（六）论文正文论文正文的主体，一般由标题、正文、图、表格和公式等五个部分构成。
写作内容可因科研项目的性质不同而变化，一般包括理论分析、计算方法等，图表必须工整、清晰、规范。
（七）参考文献参考文献应按文中引用出现的顺序列全，可以列于章节后，或附于文末。
（八）附录（可选）主要列入正文内过分冗长的公式推导、次要数据、计算机程序及说明。
论文使用的主要符号、意义、单位可列为“符号表”。
（九）成果按参考文献引用格式，注明论文作者在论文中的排名，须将全部作者注明。
（十）致谢（可选）可以对资助机构、指导和协助完成研究生论文工作，以及提供各种条件的单位及个人表示感谢。
SHIP ENGINEERING 船舶工程Vol.37 No.2 2015 总第37卷，2015年第2期抽气式涡轮帆的气动力学分析研究栾泳立，胡以怀，李志球（上海海事大学商船学院，上海201306）摘要：介绍了抽气式涡轮帆的结构和工作原理。
使用Gambit软件建立了涡轮帆的模型。
采用RNG k-ε湍流模型描述了涡轮帆的动力学特性。
利用Fluent软件对抽气式涡轮帆进行了数值模拟计算，并与风洞试验数据进行了对比，升阻力系数的模拟结果与试验数据变化趋势基本一致。
计算了特定情况下椭圆筒不同偏转角时的升阻力系数，并模拟了不同旋转角下吸气强度以及旋转角为0时分流板位置对涡轮帆升阻力系数的影响，为涡轮帆的优化选择提供了依据。
关键词：抽气式涡轮帆；升阻力系数；旋转角；吸气强度；分流板位置中图分类号：U664; TK89 文献标志码：A 【DOI】10.13788/ki.cbgc.2015.02.001Kinetic Analysis of Exhaust Turbine SailsLUAN Yong-li, HU Yi-huai, LI Zhi-qiu(Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)Abstract: The structure and working principle of the exhaust turbine sails are introduced in this paper. The turbine sails’ model is made by gambit and its dynamic characteristics is described by the RNG k-ε turbulence model. The numerical simulation is calculated by fluent software, and the results are the same trends with the ones that were made by the wind tunnel test. Then the lift and drag coefficients are calculated when the rotation angle of the turbine sails changes while the other factors are same. In the end, how the strength of suction and the position of manifold influent the lift and drag coefficients is analyzed.Key words:exhaust turbine sails; lift and drag coefficients; rotation angle; strength of suction; position of manifold0 引言当今世界上90%的货物由船舶承运，而船舶的主要推进装置仍以柴油机为主。
随着全球的能源问题越来越突出，海事法规对船舶排放的要求越来越苛刻，风帆助航成为各国政府和各大航运企业研究的热点。
传统风帆工作效率低，适用范围狭窄。
翼型帆气动性能较好，工作效率较高，但是占用空间大，节能效率低[1]。
抽气式涡轮帆占用面积小，通过抽气，升力系数可以达到6.5~7.5，使节能效率大大提高。
法国的ALCYONE号抽气涡轮帆船实船试验表明，在12.8m/s的有利风速下，节能效果可达50%左右[2]。
抽气式涡轮帆有着很好的性能，但是影响因素很多，国内对于此种帆的研究甚少。
本文通过CFD模拟，分析了帆的旋转角、吸气强度及分流板位置对涡轮帆的性能的影响。
1 抽气式涡轮帆的原理当流线形物体处于均匀流场时，将会受到一个由物体后方形成的漩涡脱落产生的阻力。
流线越差，漩涡越容易形成和脱落，阻力也就越大。
在漩涡没有发生分离脱落以前，物体边界上基本为层流。
发生脱落后，如果在分离点附近抽吸流体减压，或者使流体加速，便可以使物体边界上由层流状态变为紊流状态，延缓漩涡的分离或使漩涡不再形成[3]。
经过这样的边界层控制后，在物体上将会产生垂直于气流方向的升力和气流方向的阻力。
抽气式涡轮帆便是依此原理来提供动力。
抽气式涡轮帆的结构如图1所示。
其主体为一个收稿日期：2014-09-05；修回日期：2014-10-10基金项目：上海市科委资助项目“远洋船舶风帆助航应用研究”（编号：08210511800）作者简介：栾泳立（1990-），男，硕士。
研究方向：船舶动力装置。
通讯作者：胡以怀（1964.1-），男，教授，研究方向：船舶动力装置振动分析、故障诊断，系统仿真，船舶新能源等。
船舶机械可转动的椭圆筒，在后缘部分左右两侧为布满小孔的抽气面，并设置有一个活动的分流板，在风向不同时可以用来遮挡左侧或右侧的抽气孔。
分流板按照尾翼形状设计，有利于减缓抽气面附近的漩涡强度。
椭圆筒上下装有端板，增加稳定性。
在上端板处安装有抽气机。
当风速、风向及船速不同时，可综合调节帆的角度和抽气量，以便达到最佳的推进效率。
图1 抽气式涡轮帆结构图2 抽气式涡轮帆的动力学分析2.1 帆的坐标系图2中，V 为风速方向；L 为升力方向；D 为阻力方向；β为风向与航向的夹角（表观风向角）；θ为椭圆筒转角（设椭圆筒前缘为迎风面，风向与椭圆筒长轴同向时θ为0°，逆时针为正）。
则抽气式涡轮帆的升力、阻力、推力系数可用下式计算：212L L C F SV ρ= （1）212D D C F SV ρ= （2）C T =C L ·sin β-CD ·cos β （3） 式中，ρ为空气密度；S 为筒形帆表面积。
图2 风轴坐标系2.2 数学模型与边界条件本文采用Gambit 建模，椭圆筒长短轴分别为0.625m 、0.5m （5:4），抽气孔位置为圆心角20°~30°对应的弧。
计算域长、宽分别为椭圆短轴长度的100倍、20倍，采用钱币型划分网格方法，网格单元数量为2.24×106。
来流风速采用速度进口，出口采用出流，抽气面采用质量进口，其它采用墙面边界条件。
采用Fluent 进行数值模拟。
选用Simple 算法和二阶迎风格式。
考虑到实际的吸气效应和椭圆筒后缘的绕流和漩涡问题，选用RNG k-ε湍流模型[4]，即：()()k i ieff j k j ku k t x k x G x αμρρρε∂∂∂∂⎡⎤∂⎢⎥∂∂⎢⎥⎣+⎦+∂=+ （4）212()()i ieff j k j C G C k k u t x x x εεερερεεεαεμρ∂∂∂∂⎡⎤∂⎢⎥∂∂⎢⎥⎣+-⎦+∂= （5）式中，μeff =μ+μt ；μt =C μρk 2/ε；C μ=0.0845；αk =αε=1.39；C 1ε=1.42；C 2ε=1.68。
边界条件中的湍流强度I 、湍动能k 和湍流耗散率ε按照下式计算：()1/8/0.16Re DH I μμ-'== （6）23( )2k I μ= （7）13/223/4t k k C C l μμμερμμ-⎛⎫== ⎪⎝⎭（8）式中，C μ取0.09；μt /μ为湍流粘度比；μ′为湍流脉动速度；μ为平均速度；Re DH 为按水利直径D H 计算得到的雷诺数。
为了能够形象的表示吸气状况、引入吸气强度的概念，将吸气强度定义为抽气面入流速度与无穷远速度之比，用γ表示，即：γ=V ∞/V in （9） 使用Fluent 进行数值模拟时，做出以下假设：1）风的流场是稳定的，不存在风速梯度；2）忽略温度的影响；3）忽略船舶橫倾纵倾等对帆的影响；4）抽气孔的面积按照抽气面处理。
3 模拟结果与分析3.1 数值模型验证取风速为10m/s ，椭圆筒旋转角-30°，吸气强度从1~2，每隔0.2变化时，升阻力系数的模拟值与风洞试验值如图3所示（风洞实验值取自文献[5]）。
由图3可知，升阻力系数均随着吸气强度的增强而变大，模拟值的升力系数普遍高于试验结果，而阻力系数普遍低于试验结果，但是变化趋势趋于一致。
分析产生该现象的原因有两方面：1）模型的精度还有待提高；2）数值模拟本身存在的偏差，如忽略了风速抽气 上端板 抽气扇 抽气扇支架 抽气孔 下端板 可转动椭圆筒分流板y x D Lβ θ o 后缘 V栾泳立等，抽气式涡轮帆的气动力学分析研究梯度和温度场的影响，湍动能和湍流耗散率取的只是近似值等。
图3 -30°不同γ时数值模拟值与风洞实验值比较3.2 椭圆筒旋转角对升阻力系数的影响。
取风速为10m/s ，吸气强度为1.5，椭圆筒旋转角从-40°~30°，每隔5°变化时，椭圆筒后缘的流线图如图4（选取部分）所示。
图4 不同θ时的流线图当θ<-40°时，椭圆筒的后缘的漩涡交替脱落，不能消失或形成稳定的单涡。
其升阻力系数也随漩涡的脱落呈现波浪形升降。
漩涡的脱落会引发振动，频率可以达到每秒数百次到上千次。
当这个频率达到椭圆筒固有频率时，将会引发谐振，会对涡轮帆造成较大的危害[3,6]。
当θ为-30°~5°时，椭圆筒后缘的漩涡消失，流场稳定，这时的升力系数也较大，为涡轮帆工作的理想状态；当θ为15°~30°时，椭圆形筒后缘出现单涡，但是不会脱落，此时的流场也趋于稳定，但是升力系数较小。
升阻力系数随θ变化图如图5所示。
图5 θ不同时升阻力系数变化图由图5可知当θ=-15°时，升力系数最大，此时的阻力系数较小。
根据公式（3），在-15°~0°间，帆的推力系数都比较理想。
3.3 吸气强度对升阻力系数的影响当吸气强度取值0.2~2，每隔0.2变化时，不同旋转角的抽气涡轮帆的升阻力系数变化图如图6所示。
图6 γ不同时不同θ的升阻力系数变化图由图6可知，涡轮帆旋转角不同时，升力系数均随着吸气强度的增强而变大。
吸气强度大于1.8时，θ为-30°、-15°、0°时升力系数均大于6。
θ= -30°时，阻力系数随吸气强度的增强增加较快。
θ= -15°时，阻力系数随吸气强度的增加略微变大。
θ=0°时，阻力系数随着吸气强度的增加反而减小。
θ为15°和30°时，随着吸气强度增强，阻力系数均有拐点出现，因升力系数较小，没有多大研究意义。
