本文關(guān)鍵詞：飛行器氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法研究與應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 氣動外形優(yōu)化設(shè)計 FFD方法 微分進化算法 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 壓力分布預(yù)測

【摘要】：我國航空航天產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展及全球激烈的市場競爭對飛行器設(shè)計技術(shù)提出更高的要求,精細(xì)化、高效率的設(shè)計技術(shù)受到青睞,而飛行器氣動外形設(shè)計是飛行器設(shè)計的重要內(nèi)容,其影響了整個飛行器的飛行性能和飛行品質(zhì)。飛行器氣動外形優(yōu)化設(shè)計旨在采用數(shù)學(xué)優(yōu)化的思想解決工程設(shè)計問題,在流場數(shù)值模擬計算的支持下,以氣動外形參數(shù)化方法、代理模型技術(shù)和優(yōu)化搜索策略等為主要內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計方法為飛行器氣動外形設(shè)計提供了一個廣闊的設(shè)計空間。飛行器氣動外形優(yōu)化設(shè)計技術(shù)有效地縮短了設(shè)計周期,并且能使設(shè)計更為精細(xì),提高飛行器的性能指標(biāo)。近年來氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法研究廣受重視,基于工程設(shè)計的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型的提煉、參數(shù)化方法適應(yīng)性、代理模型的精度以及優(yōu)化搜索方法的全局收斂性等問題是研究的關(guān)鍵內(nèi)容。針對上述優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵問題,本文主要開展了以下幾個方面的工作:1、對FFD參數(shù)化方法進行研究,構(gòu)建了適應(yīng)復(fù)雜外形幾何參數(shù)化的多塊FFD拼接方法,提出了非規(guī)則FFD控制框局部坐標(biāo)的解算方法,給出了FFD方法在幾何參數(shù)化的同時對相應(yīng)流場網(wǎng)格的自適應(yīng)變形方法。多塊FFD拼接方法將復(fù)雜幾何外形進行分塊參數(shù)化,使每一塊的幾何體參數(shù)化簡化,在整個幾何體變形時保持塊與塊之間的分離面處的一致協(xié)調(diào)性和連續(xù)性。本文提出的FFD局部坐標(biāo)解算方法可以很好的解決任意非規(guī)則FFD控制框下的局部坐標(biāo)求解問題。2、對標(biāo)準(zhǔn)微分進化算法的收斂性進行分析,在此基礎(chǔ)上提出FA-DE優(yōu)化搜索方法。采用馬爾科夫鏈方法對標(biāo)準(zhǔn)微分進化算法及FA-DE算,方法的收斂性進行分析,證明了標(biāo)準(zhǔn)微分進化算法不能保證收斂于全局最優(yōu),而FA-DE方法能夠依概率1收斂到全局最優(yōu)。FA-DE方法針對標(biāo)準(zhǔn)微分進化算法的全局收斂性及收斂速度進行改進,在標(biāo)準(zhǔn)微分進化算法的基礎(chǔ)上引入新的變異機制及選擇策略,改善算法的全局尋優(yōu)能力,提高收斂速度。算例測試結(jié)果表明FA-DE方法較之標(biāo)準(zhǔn)微分進化算法能夠更快、更可靠的收斂于全局最優(yōu)。3、提出了一種自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;建立了自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對剖面壓力分布的預(yù)測方法。較之原始的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境自發(fā)識別最優(yōu)映射關(guān)系,完成預(yù)測空間的重構(gòu)優(yōu)化,具有較強的通用性和適應(yīng)性,預(yù)測精度較高。本文提出的基于自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的剖面壓力分布預(yù)測方法能夠快速的預(yù)測出整個剖面的壓力分布形態(tài),且算例測試表明其具有較高的預(yù)測精度。4、提出了基于壓力分布預(yù)測的氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法。其以翼型/機翼剖面壓力分布的典型特征為優(yōu)化目標(biāo),結(jié)合了反設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計的思想,通過自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對剖面壓力分布的預(yù)測和FA-DE優(yōu)化搜索來得到符合一定壓力分布特征的壓力分布所對應(yīng)的氣動外形。通過翼型優(yōu)化設(shè)計算例驗證了該方法在單點、多點優(yōu)化設(shè)計中具有較高的優(yōu)化設(shè)計效率和可靠性。5、采用基于壓力分布預(yù)測的氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法,集成FFD參數(shù)化方法、FA-DE優(yōu)化搜索算法和自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等技術(shù)模塊,構(gòu)建了氣動外形優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng);將該優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)用于某型寬體客機的氣動設(shè)計當(dāng)中。設(shè)計結(jié)果表明該系統(tǒng)在單設(shè)計點、多設(shè)計點的優(yōu)化中減阻效果明顯。6、提出翼型后緣彎度變化的參數(shù)方法和機翼后緣變彎度、沿展向變彎度的參數(shù)化方法,在變彎度的參數(shù)化基礎(chǔ)上,采用優(yōu)化方法得到不同設(shè)計狀態(tài)下對應(yīng)阻力較小的翼型/機翼幾何構(gòu)型,對彎度變化引起的阻力減小機理進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：氣動外形優(yōu)化設(shè)計 FFD方法 微分進化算法 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 壓力分布預(yù)測
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V221.3
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 論文研究背景13-15
• 1.2 飛行器氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法的發(fā)展15-22
• 1.2.1 CFD數(shù)值模擬方法17-18
• 1.2.2 氣動外形參數(shù)化方法18-20
• 1.2.3 優(yōu)化搜索方法20-21
• 1.2.4 代理模型技術(shù)21-22
• 1.3 現(xiàn)有方法中的存在的問題22-24
• 1.4 本文主要工作24-27
• 第二章 氣動特性數(shù)值評估方法27-43
• 2.1 RANS方程數(shù)值求解27-36
• 2.1.1 控制方程與求解方法27-34
• 2.1.2 并行計算實現(xiàn)34-35
• 2.1.3 算例驗證35-36
• 2.2 全速勢方程+附面層修正數(shù)值求解36-42
• 2.2.1 無粘外流的計算36-38
• 2.2.2 附面層參數(shù)的計算38-39
• 2.2.3 準(zhǔn)同步有粘－無粘相互干擾計算39-41
• 2.2.4 算例驗證41-42
• 2.3 本章小結(jié)42-43
• 第三章 氣動外形FFD參數(shù)化方法及其改進研究43-57
• 3.1 FFD參數(shù)化方法原理43-45
• 3.2 非規(guī)則FFD控制體局部坐標(biāo)快速求解方法建立45-49
• 3.3 復(fù)雜構(gòu)型多塊FFD控制體拼接方法建立49-53
• 3.4 FFD方法在動網(wǎng)格中的應(yīng)用53-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 微分進化算法及其改進研究57-77
• 4.1 基本微分進化算法57-58
• 4.2 微分進化算法的收斂性58-62
• 4.2.1 馬爾可夫鏈相關(guān)概念58-60
• 4.2.2 基本微分進化算法收斂性60-62
• 4.3 FA-DE算法62-67
• 4.3.1 FA-DE算法的基本思想62-64
• 4.3.2 FA-DE算法的收斂性64-67
• 4.4 算例驗證67-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 第五章 自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法77-91
• 5.1 代理模型方法中的關(guān)鍵問題77-79
• 5.1.1 代理模型的數(shù)學(xué)思想77-78
• 5.1.2 代理模型的泛化能力78-79
• 5.2 常用的幾種代理模型方法79-82
• 5.3 自適應(yīng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型82-83
• 5.4 算例驗證83-88
• 5.5 本章小結(jié)88-91
• 第六章 基于壓力分布預(yù)測的氣動優(yōu)化設(shè)計方法91-113
• 6.1 基于壓力分布預(yù)測的設(shè)計思路91-93
• 6.2 自適應(yīng)RBF代理模型對壓力分布的預(yù)測方法93-98
• 6.3 算例驗證98-111
• 6.3.1 考慮單點的跨音速翼型優(yōu)化設(shè)計100-105
• 6.3.2 考慮多設(shè)計點的跨音速翼型優(yōu)化設(shè)計105-111
• 6.4 本章小結(jié)111-113
• 第七章 氣動優(yōu)化設(shè)計算例113-147
• 7.1 高速公務(wù)機機翼優(yōu)化設(shè)計113-116
• 7.2 遠(yuǎn)程寬體客機機翼優(yōu)化設(shè)計116-131
• 7.2.1 考慮單點的優(yōu)化設(shè)計117-123
• 7.2.2 考慮多設(shè)計點的優(yōu)化設(shè)計123-131
• 7.3 翼型/機翼變彎度優(yōu)化設(shè)計131-145
• 7.3.1 跨音速翼型后緣變彎度優(yōu)化設(shè)計132-139
• 7.3.2 跨音速翼身組合體機翼后緣變彎度優(yōu)化設(shè)計139-143
• 7.3.3 跨音速翼身組合體機翼展向變彎度優(yōu)化設(shè)計143-145
• 7.4 本章小結(jié)145-147
• 第八章 總結(jié)與展望147-151
• 8.1 研究總結(jié)147-149
• 8.1.1 主要研究結(jié)論147-148
• 8.1.2 論文創(chuàng)新點148-149
• 8.2 研究展望149-151
• 參考文獻151-161
• 致謝161-163
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與的科研項目163

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫金標(biāo)，劉千剛;飛機氣動外形的優(yōu)化設(shè)計[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;1995年01期

2 詹浩;許曉平;朱軍;;氣動外形多點優(yōu)化設(shè)計研究[J];航空計算技術(shù);2007年01期

3 王唯;陳志華;;基于參數(shù)樣條的旋成體局部氣動外形優(yōu)化設(shè)計[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2011年03期

4 胡圣遠(yuǎn),苗瑞生,吳甲生;無控火箭彈氣動外形優(yōu)化設(shè)計[J];彈道學(xué)報;1992年04期

5 關(guān)鍵;田書玲;;基于FFD的氣動外形參數(shù)化方法[J];江蘇航空;2010年S2期

6 粟華;龔春林;谷良賢;;基于三維CST建模方法的兩層氣動外形優(yōu)化策略[J];固體火箭技術(shù);2014年01期

7 王向軍;于雅楠;;基于頻閃成像技術(shù)的MAV氣動外形三維視覺測試(英文)[J];納米技術(shù)與精密工程;2011年06期

8 呂勝濤;劉榮忠;郭銳;胡志鵬;;S-S雙翼末敏彈氣動外形優(yōu)化設(shè)計[J];兵工學(xué)報;2013年09期

9 張宏;余雄慶;;高速航空拖靶的總體方案和氣動外形優(yōu)化[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;2008年04期

10 劉傳振;段焰輝;蔡晉生;;氣動外形優(yōu)化中的分塊類別形狀函數(shù)法研究[J];宇航學(xué)報;2014年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 高正紅;;氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法研究與存在問題[A];大型飛機關(guān)鍵技術(shù)高層論壇暨中國航空學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

2 蘇偉;董超;陳剛;李曉軒;張立坤;;飛行器氣動外形數(shù)值優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)及應(yīng)用[A];北京力學(xué)會第19屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

3 張青青;張衛(wèi)民;;自由變形技術(shù)在氣動外形參數(shù)化上的應(yīng)用研究[A];北京力學(xué)會第18屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

4 郭輝;張錦南;李海濤;;60kW水流發(fā)電葉片研制[A];第十九屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王丹;飛行器氣動外形優(yōu)化設(shè)計方法研究與應(yīng)用[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 何烈堂;MAV氣動外形形變性能研究[D];中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2002年

2 丁偉;造型初期的汽車氣動外形減阻優(yōu)化設(shè)計[D];吉林大學(xué);2015年

3 張寧寧;柔性氣動外形飛行體氣流擾動下的頻閃可視化信息提取[D];天津大學(xué);2012年

4 叢延;智能可變外形導(dǎo)彈的氣動外形總體設(shè)計研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

5 關(guān)鍵;基于伴隨方程的二維翼型氣動外形優(yōu)化設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2011年

，

本文編號：529260