为改善CRM机翼在偏离巡航点阻力系数迅速增大的问题,同时为得到更加稳定的阻力发散特性,在满足工程实际的气动约束和几何约束条件下,基于RANS方程及其离散伴随方程、FFD几何参数方法、线弹性网格变形方法以及SNOPT梯度优化算法等,对其进行单点、多权重两点以及多点优化设计。结果表明:不同优化策略下优化后机翼在主设计点处阻力系数较初始构型均有不同程度降低,经多点优化后机翼的巡航马赫数提高,且阻力发散特性的鲁棒性得以提高。

简要分析了现代飞行器概要设计过程中气动外形设计所遇到的问题、需求以及发展现状,分析了商业优化软件在优化设计中的优势与不足。重点阐述了气动优化设计系统研发过程中,在优化定义的问题、优化流程集成的问题、数据传输接口问题、大规模并行计算任务管理问题、结果数据可视化的问题等方面的解决方法。并提出了以可视化交互式定义优化问题为基础,集成可靠的全局与局部优化算法,以CFD仿真计算为手段,高性能计算资源为支撑结合近似模型快速获得可靠的优化结果,提供多样的优化过程数据、样本点仿真结果数据的可视化并自动生成优化分析报告功能的一整套优化设计系统构建方案,为现代飞行器概要设计阶段提供快速、实用、专业的优化设计软件工具。

针对高负荷压气机难以控制角区的二次流、叶片表面存在大规模边界层分离等技术瓶颈,本文提出了一种三维端壁型线的气动优化方法,对高负荷压气机轮毂型线优化进行了研究,并对所采用的方法进行了验证,开发了相应的优化系统。结果表明,所采用的端壁型线优化方法能有效抑制附面层分离,降低吸力面转角区域二次流的强度和规模。因此,叶片通道控制流动方向和优化流动条件的能力得到了扩展。压气机级的整体气动性能,如失速裕度和等熵效率也得到了提高。优化后,在通流能力较好的情况下,压气机级的气动效率达到了88.59%,提高了1.05%。本文提出的方法和相应的系统很好地促进了压气机气动设计系统的发展,具有良好的工程应用前景,为压缩系统获得更突出的通载能力和更好的流动结构提供了新的思路和解决方案。

户外大型单立柱广告牌属于风灾易损性结构,为优化其在最不利风向角下风压分布和风阵响应,基于空气动力学原理,利用Fluent分析软件对广告牌结构的风荷载特性进行数值模拟,并与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性.在此基础上,基于不同矢跨比设计6种单立柱三面广告牌形状优化方案进行对比分析.结果表明各面板负风压最大值均出现在侧面及面板边缘处,其绝对值大小为最大正风压值的2倍;对比形状优化后的模型,发现外凸形相对于内凹形而言有明显的减风压优势;当结构为外凸形矢跨比S/L=1/9时,最大正风压和最大负风压值均在1000 Pa左右,相比平面广告牌,结构所受的压力与吸力作用比较均衡,很大程度上减少了结构上的极值风压,为最优工况.

针对滑翔制导炮弹的气动、弹道设计问题,为有效提高炮弹的滑翔性能,本文研究了一种气动-弹道综合优化方法。该方法采用工程算法进行气动分析,采用自适应配点的Radau伪谱法进行弹道分析,可综合考虑气动外形的静态参数优化和滑翔过程中攻角控制规律的动态优化;利用Kriging模型建立了炮弹外形参数和性能指标(如射程、飞行时间等)之间的映射关系,实现了外形优化和弹道优化的紧密耦合,并利用组合加点准则不断更新模型直至收敛得出最优外形和最优弹道。本文分别以射程最大和飞行时间短/控制能量消耗小为目标函数,对某滑翔制导炮弹的鸭舵、尾翼外形参数进行综合优化。仿真结果表明,相较于基准方案,综合优化方案有着更优异的弹道性能,其中Opt-1方案使射程提高了37.8%,Opt-2方案在攻击固定目标时能有效减少飞行时间并使控制能量消耗降低46%,验证...

提出了一种基于Alpha stable分布的新型变异方法。针对粒子群算法容易陷入局部最优的缺点,通过对比分析确定了一种调整Alpha stable分布的稳态系数动态变异策略,使粒子群算法能够在搜索初始阶段具有更强的种群多样性以及算法探索能力,减少陷入局部最优的可能;在算法末期增强粒子群优化算法的局部搜索能力,提高解的精度。将基于Alpha stable变异的粒子群优化算法(Alpha stable particle swarm optimization, ASPSO)与多种改进型粒子群优化算法以及差分进化算法(differential evolution algorithm, DE)进行了比较,基准测试函数结果表明新建立的ASPSO算法极大地提高了算法的收敛速度和精度。将其应用到RAE2822翼型的单点跨声速减阻优化中,在保持种群规模等参数相同的情形下,ASPSO算法的优化效果和效率都远高于传统PSO算法,最终得到的翼型也比PSO优化的翼型具有更高的升阻比,翼...

传统气动优化设计需要大量CFD分析,而代理优化(SBO)方法能够有效降低CFD分析次数,但该方法并没有改变单次CFD分析时间。提出一种基于本征正交分解—反向传播神经网络(POD-BPNN)模型的热启动策略,并应用于气动代理优化。使用POD-BPNN模型对SBO中的初始样本建立从几何设计变量到流场数据的预测模型;在SBO迭代过程中,使用该模型预测新样本的流场,并将其作为CFD分析的初场,进行热启动计算,获得新样本的数据;添加新样本数据到POD-BPNN建模样本并更新模型,直到优化结束,通过案例对该策略进行对比验证。结果表明在跨声速翼型减阻优化设计中,基于POD-BPNN的热启动策略使得单次CFD计算时间降低68%,SBO的效率整体提升37%。

以储煤仓三心圆柱面屋盖为研究对象,采用kriging代理模型对屋盖结构的气动外形进行优化研究。首先,选用标准k-ε、RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型对三心圆柱面屋盖的绕流特性进行数值模拟,并与风洞试验数据进行对比。其次,分别以屋盖表面负压峰值最小以及竖向位移绝对值最小为优化目标,对三心圆柱面屋盖中间圆弧的半径与屋盖跨度之比(R/S)和圆心角(θ)进行优化。研究结果表明当R/S=1.26,θ=45.8°时,屋盖表面负压峰值最小;当R/S=0.56,θ=14.1°时,在平均风荷载作用下屋盖的竖向位移绝对值达到最小值。

计算流体力学(CFD)广泛用于翼型的气动优化设计。由于CFD计算量大、计算时间长,常用响应面或人工神经网络等代理模型来代替CFD模拟进行气动性能评估。代理模型的预测精度关系着优化结果的可信度。本文研究基于代理模型与优化算法的翼型气动优化设计方法。采用CST函数建立了翼型的参数化方法。采用拉丁超立方实验设计方法,在设计空间内选择训练样本。基于开源CFD求解器OpenFOAM计算样本翼型的气动参数,建立基于径向基神经网络的代理模型,以减少计算量。以S809翼型为对象,升力最大为目标函数,最大厚度为约束条件,利用代理模型与遗传算法结合优化得到最优翼型,并采用了代理模型的由粗到精的外层迭代,以提高代理模型的精度和效率。结果显示优化后的翼型较原S809翼型气动性能有了明显提升,升力系数提高,阻力系数降低;采用外层迭代后,代理模...

某大跨度钢箱梁市政悬索桥主梁风嘴短而钝,箱梁底部有检修车轨道,主梁竖向及扭转涡振明显。文章基于1∶50节段模型风洞试验,结合计算流体动力学(CFD)数值模拟,以均匀来流为风洞试验条件,研究了栏杆、导流板和风嘴等对主梁涡振性能的影响,并提出了最优方案。研究表明,风攻角的变化会使涡振锁定风速和振幅均产生变化;栏杆隔三封一能有效地抑制主梁涡振,但可能会影响市政桥梁的美观;加设小风嘴有利于减小甚至消除涡振,且其施工简单,便于工程应用。