[發明專利]基于改進遺傳算法的變循環發動機最大推力控制優化方法

有效

• 申請號: 202110079122.4
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112926254B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 緱林峰;薛宇琦;李慧慧;楊江
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F111/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出基于改進遺傳算法的變循環發動機最大推力控制優化方法，根據變循環發動機的特點，對遺傳算法進行了改進，主要對遺傳算法的初始種群的構造、適應度函數、交叉算子和變異算子等方面進行了改進，改進后的遺傳算法可以發揮遺傳算法的優勢，并避開其不足，加快收斂速度、提高搜尋結果的質量。將改進遺傳算法用于最大推力控制尋優，輸出最優控制變量給變循環航空發動機。本發明可以在保證變循環發動機安全工作前提下，最大限度提升變循環發動機推力，提高飛機的機動性。

技術領域

本發明涉及變循環發動機控制技術領域，尤其涉及基于改進遺傳算法的變循環發動機最大推力控制優化方法。

背景技術

現代戰爭要求先進戰斗機具備長航程亞聲速巡航的能力，同時在作戰時又要具備快速反應能力，未來航空變循環發動機將向長巡航里程、高推重比、寬工作范圍三個方向不斷發展。通過研究常規變循環發動機速度特性，研究者發現超聲速狀態下渦噴發動機具有較高的單位推力和較低的單位燃油消耗率而亞聲速狀態下大涵道比渦扇變循環發動機具有較低的單位燃油消耗率?？紤]現代戰爭對戰斗機推進系統的性能要求，渦扇變循環發動機更加適合亞聲速飛行，而渦噴發動機更適合超聲速飛行。因此，便有了性能更好的變循環發動機。在變循環發動機不同的工作狀態下，通過采用調節特征部件的幾何形狀、物理位置或尺寸大小等不同的技術手段，將渦扇和渦噴兩種不同的航空發動機的性能優勢集中一體，從而保證變循環發動機在亞聲速巡航狀態下以渦扇變循環發動機類似構型工作，從而獲得較高的經濟性，在超聲速作戰狀態下以渦噴變循環發動機類似構型工作，從而獲得持續可靠的高單位推力，達到了將渦扇、渦噴變循環發動機的性能優勢融為一體的目的，使變循環發動機在變循環發動機工作全過程中均具有優良的性能。

變循環發動機是飛機的心臟，是衡量一個國家航空事業發展水平的重要指標之一，因此對強化動力系統的研究對提升國家航空技術整體水平具有重要意義。由于變循環發動機的工作過程復雜多變，且具有強非線性、多控制變量、時變、復雜的結構特點，因此，對變循環發動機控制問題的研究比一般控制系統更為困難。

目前變循環發動機控制的特點向精細化、模塊化、綜合化發展，現在的變循環發動機控制已經不是控制模塊基礎上的簡單綜合，而是更加強調控制系統結構與功能的優化與提升。提高變循環發動機性能的一個主要途徑是變循環發動機性能尋優控制。變循環發動機性能尋優控制是指為了使變循環發動機的性能指標達到最優，更進一步挖掘變循環發動機的性能潛力，在變循環發動機安全工作的前提下，在控制硬件可承受的范圍內，對現有或新型變循環發動機的性能進行優化。因此，提升我國變循環發動機整體性能水平以及掌握世界先進變循環發動機控制技術的關鍵在于研究先進的變循環發動機性能尋優控制模式和控制方法。

同時，制空權在現代戰爭中扮演著至關重要的角色，掌握制空權就把握住了戰爭勝負的關鍵。隨著科技的高速發展，現代空戰對戰斗機提出了更高的要求，這些要求主要體現在飛行包線的更加寬廣、作戰半徑的擴大、機動性及靈活性的提高、推重比的增加、油耗的降低、短距離的起動、可靠性和可操作性的提升等方面。變循環發動機的最大推力控制模式的目的是在保證變循環發動機安全工作的前提下，盡可能提高變循環發動機的推力，提高飛機的機動性和靈活性。

國內外在變循環發動機最大推力尋優控制的研究雖然取得了一定成果，但也存在許多尚未解決的技術難題或待改進之處。難點在于尋找既有較強的全局收斂能力，又能較快收斂的優化算法。比如，遺傳算法具有計算量大，耗時長，易早熟等缺點，不適宜應用于復雜的變循環發動機性能尋優中。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出基于改進遺傳算法的變循環發動機最大推力控制優化方法，對遺傳算法進行改進，并將改進的遺傳算法應用于變循環發動機最大推力尋優控制模式中，在保證變循環發動機安全工作的前提下，盡可能提高變循環發動機的推力，提高飛機的機動性和靈活性。

本發明的技術方案為：

首先建立變循環發動機的非線性數學模型，然后以改進遺傳算法來進行變循環發動機最大推力性能尋優，以實現某型航空渦扇變循環發動機最大推力性能最優。