發(fā)布時(shí)間：2021-01-13 15:49

　　飛行器機(jī)翼氣動(dòng)外形的穩(wěn)健設(shè)計(jì)是飛行器總體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題之一。一個(gè)穩(wěn)健的機(jī)翼外形不僅能保證飛行器的安全,還能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,實(shí)現(xiàn)飛行器高速高航程的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在飛行器機(jī)翼氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)中,為克服飛行器機(jī)翼受環(huán)境中不確定因素的影響而產(chǎn)生氣動(dòng)性能惡化問題,需要對飛行器機(jī)翼的氣動(dòng)外形進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)健性設(shè)計(jì)。然而,在飛行器機(jī)翼的三維穩(wěn)健設(shè)計(jì)中卻存在著CFD計(jì)算量大、試驗(yàn)周期長,氣動(dòng)性能難以求解等問題亟待解決。因此,本文提出了基于替代模型的飛行器穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法,該方法通過將試驗(yàn)設(shè)計(jì)、CFD技術(shù)與替代模型以及進(jìn)化優(yōu)化算法結(jié)合來進(jìn)行氣動(dòng)外形的穩(wěn)健設(shè)計(jì)。通過替代模型對飛行器氣動(dòng)性能進(jìn)行預(yù)測,減少了優(yōu)化求解中氣動(dòng)性能CFD的計(jì)算量,顯著縮短了試驗(yàn)的周期,且能滿足一定的求解精度需求。本文中對AGM-129隱身巡航導(dǎo)彈的三維主彈翼,進(jìn)行了氣動(dòng)外形的穩(wěn)健設(shè)計(jì),詳細(xì)闡述了穩(wěn)健設(shè)計(jì)的整體流程。穩(wěn)健設(shè)計(jì)結(jié)果表明,基于替代模型的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法所獲得的穩(wěn)健彈翼,較基準(zhǔn)彈翼外形具有更好的氣動(dòng)性能,驗(yàn)證了本文方法的正確性與有效性。此外,為實(shí)現(xiàn)飛行器氣動(dòng)外形穩(wěn)健設(shè)計(jì)系統(tǒng)國產(chǎn)化的目標(biāo),本文參照Isight軟件系統(tǒng),建立了與本文方法... 

【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

穩(wěn)健設(shè)計(jì)示意圖

4周期。計(jì)算機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Ｖ饕剿鳎绾潍@取所研究問題的系統(tǒng)模型y=f(x)的替代模型問題。工作中人們常設(shè)法將所研究的復(fù)雜問題，通過y=f(x)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表示，其中x為研究問題的輸入設(shè)計(jì)變量，y為輸入設(shè)計(jì)變量對應(yīng)的響應(yīng)輸出。但是，當(dāng)所探討的研究問題在求解上越發(fā)復(fù)雜時(shí)，隨之計(jì)算費(fèi)用將增高、計(jì)算周期也將變長，其帶來的成本上的增加將使人無法承受。為解決這一問題，在1987年Klcijncn提出了一種解決方案：構(gòu)造一個(gè)近似模型或稱替代模型[13]，來代替復(fù)雜的真實(shí)模型進(jìn)行計(jì)算，可用y(x)=g(x)進(jìn)行表示，替代模型原理如圖1-2所示。計(jì)算機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒５某Ｓ梅椒ㄖ饕校喝斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、多項(xiàng)式回歸模型建模、偏最小二乘法建模、B樣條法建模以及Kriging模型建模等，其中Kriging[14]最初是由南非的地質(zhì)學(xué)家D.G.Krigc在空間統(tǒng)計(jì)中提出并發(fā)展起來，之后Sacks等人在1989年將Kriging模型引入到了計(jì)算機(jī)試驗(yàn)中。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，其經(jīng)歷了漫長的發(fā)展。1943年心理學(xué)家McCulloch與數(shù)學(xué)家Pitts提出了神經(jīng)元的生物學(xué)模型，之后眾多研究者們提出了各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型和算法，如學(xué)習(xí)規(guī)則、感知器模型、RBF徑向基函數(shù)[15]等。到20世紀(jì)80年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展以及人們面對的模型日益復(fù)雜，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬自然現(xiàn)象、進(jìn)行建模，已成重要的選擇手段之一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對非線性模型的建模具有較好的效果。到1983年Wold等人提出了偏最小二乘（PLS）的概念，PLS可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)因變量對多個(gè)自變量的回歸建模，比逐個(gè)因變量做多元回歸更加有效、可靠，整體性更強(qiáng)[16]。此外，PLS還解決了自變量之間的多重相關(guān)性問題，其在解決線性和非線性問題上都能有較好的效果。圖1-2替代模型原理圖替代模型常與進(jìn)化優(yōu)化算法結(jié)合進(jìn)行最優(yōu)

2基于替代模型的飛行器穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法9圖2-1飛行器穩(wěn)健設(shè)計(jì)總體流程圖本文中三維飛行器機(jī)翼氣動(dòng)外形穩(wěn)健設(shè)計(jì)的流程主要包括：二維翼型氣動(dòng)外形的穩(wěn)健設(shè)計(jì)與三維機(jī)翼氣動(dòng)外形的穩(wěn)健設(shè)計(jì)兩大部分。其中，二維穩(wěn)健設(shè)計(jì)與三維穩(wěn)健設(shè)計(jì)均主要有五大關(guān)鍵步驟：確定設(shè)計(jì)研究的基準(zhǔn)對象、進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)樣本的CFD計(jì)算、建立替代模型以及進(jìn)行優(yōu)化求解。總體設(shè)計(jì)流程中，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)減少樣本試驗(yàn)次數(shù)，替代模型對氣動(dòng)性能的預(yù)測降低CFD的計(jì)算以及進(jìn)化優(yōu)化算法加速穩(wěn)健外形參數(shù)求解，將二維穩(wěn)健翼型作為三維機(jī)翼的約束條件進(jìn)行降維的操作，極大的降低了三維機(jī)翼氣動(dòng)外形穩(wěn)健設(shè)計(jì)的工作強(qiáng)度，達(dá)到了降低計(jì)算量，提高設(shè)計(jì)效率，縮短試驗(yàn)周期的目的。在飛行器穩(wěn)健設(shè)計(jì)CFD阻力響應(yīng)值計(jì)算過程中，由于求解飛行器外形阻力的計(jì)算量非常龐大，無法使用CFD計(jì)算工具一一計(jì)算馬赫數(shù)范圍內(nèi)各點(diǎn)馬赫數(shù)處的飛行器阻力大小，因而對馬赫數(shù)范圍內(nèi)阻力的均值與方差的計(jì)算就更加困難。因此本文采用通過建立飛行器氣動(dòng)外形的阻力大小關(guān)于外形設(shè)計(jì)變量以及馬赫數(shù)的替代模型，來進(jìn)行設(shè)計(jì)范圍內(nèi)各點(diǎn)馬赫數(shù)處的阻力值的預(yù)測，使用預(yù)測的結(jié)果來獲取阻力大小均值與方差的近似值。與傳統(tǒng)直接通過CFD計(jì)算阻力大小相比，通過替代模型進(jìn)行性能預(yù)測的計(jì)算量明顯減少，且能保證一定的求解精度要求。本文中，飛行器穩(wěn)健設(shè)計(jì)的核心為替代模型的建模。模型建模效果的優(yōu)劣，將直接影響到后續(xù)優(yōu)化過程，進(jìn)而影響到穩(wěn)健設(shè)計(jì)最終結(jié)果的正確性。因此，在模型建模完成后還需與CFD工具的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，完成替代模型的效果檢驗(yàn)。在替代模型建模階段，本文采用克里金法（Kriging），偏最小二乘法（PLS），RBF插值，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)四種方法來建立替代模型，之后再與兩種進(jìn)化優(yōu)化算法—粒子群算法、?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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