随着运载火箭研发模式转变,快速迭代和协同优化设计成为主要发展方向,这就要求作为小回路论证中重要一环的气动特性计算能够实现在线输出数据,亟需研究一种快速计算气动特性的代理模型,代替耗时的CFD计算和风洞试验参与到总体优化设计中。综合比较多种快速计算途径,选择高斯基Kriging插值和BP神经网络两种方法构建代理模型。使用脚本控制的Cart3D软件生成数值试验样本,样本点精度与Fluent软件计算误差小于14%。通过样本点训练、内参优化和加点策略,最终获得相对误差小于10%的代理模型,能够实现给定外形参数在线秒级输出气动数据,极大地推动了气动计算在总体论证中的作用。

为了提高主反射镜轴向支撑点位置优化的效率和准确性,选择反向传播神经网络作为轴向支撑位置优化问题的代理模型。按照均匀分布在设计区间上取不同的口径、中心孔组合作为样本点,用参数化有限元模型计算对应的样本数据。用样本数据对神经网络模型进行训练和精度分析,确定了近似性能最佳的反向传播神经网络模型的结构和参数,建立了口径、中心孔和支撑位置与镜面最大变形量之间的映射关系。随机测试表明,建立的反向传播网络模型能在平均绝对偏差8E-5的精度水平下近似于有限元模型的结果。以两个轴向支撑位置的优化为例,与现有近似公式和基于有限元的优化方法相比,基于反向传播神经网络代理模型的优化方法能快速、准确地确定最佳支撑位置,并能给出镜面变形量的预测值。综合以上过程,设计制作了基于Matlab的轴向支撑优化工具箱。 ...

为改善升力式再入飞行器在跨声速段出现的侧向气动特性非线性问题,发展了一种基于Kriging代理模型的自适应迭代气动布局优化方法。设计了一种常规升力式再入飞行器布局,计算了该布局在跨声速段的侧向气动力,分析了可能影响侧向气动特性的机翼布局参数。根据气动布局优化流程,计算了气动布局样本气动特性,建立了布局参数到侧向力矩系数导数的代理模型,完成了以减小飞行器侧向非线性为目标的布局优化设计。优化布局的气动特性计算结果表明,所发展的方法是可行和有效的。该项研究为再入飞行器减小侧向气动非线性提供了新的布局设计途径,有利于降低控制系统设计难度,保障飞行安全。

以盾构推进液压系统为研究对象,运用CFD数值模拟方法以及代理模型技术,研究液压管道和阀体的结构对推进液压系统调速所引起的系统压力扰动的影响。以压力扰动幅值为优化目标,利用正交实验设计方法筛选主要影响参数作为设计变量。运用最优拉丁超立方法构建采样空间,选用支持向量回归(SVR),径向基函数(RBF),响应面(PRS),克里金(Kriging)4种方法构建代理模型,以多重确定系数(R2)为评价标准,选取样本点进行交叉验证,结果表明克里金模型的精度最高。应用克里金代理模型,采用模拟退火算法(ASA)求解模型全局最优解,研究结果表明基于代理模型优化后的压力扰动幅值明显降低,为盾构推进液压系统的设计提供了有效的参考。

由于助飞鱼雷结构布局紧凑、分离过程迅速且气动干扰严重，导致雷箭分离过程容易发生相互碰撞，因此其成为助飞鱼雷研制中必须解决的一项关键技术。目前常采用试验和数值仿真方法解决这一问题，但是雷箭分离过程的设计需要对多参数多工况进行计算，迭代寻优，上述2种方法并不满足大量、快速的计算要求。针对此，文中提出了基于径向基神经网络气动代理模型与虚拟样机联合仿真的方法。该方法通过提取影响气动力的关键因素，利用试验或数值计算得到气动力样本库，基于径向基神经网络算法建立了气动代理模型，具有良好的逼近和预测精度。联合雷箭分离多体动力学虚拟样机模型，可对雷箭分离过程进行快速仿真及对各参数的影响规律进行分析。

衡量代理模型精度的量化指标种类繁多,但是要横向对比不同种类数据的模型精度,常见的精度指标存在一些不足之处。分析现有代理模型精度指标的不足,提出一种“归一化绝对误差均值”指标;以某战术导弹模型为例,采用参考文献中的试验设计加点策略与交叉验证策略,建立11种气动参数的Kriging代理模型;通过对“归一化绝对误差均值”指标与相关性图进行比较,验证所提指标的有效性。结果表明:提出的指标不仅能够有效表征代理模型精度,而且能对不同种类数据进行横向对比,具有一定的应用价值。

利用代理模型方法取代计算流体动力学(CFD)方法,开展旋翼翼型的动态失速特性优化设计.建立基于动网格技术的旋翼翼型非定常气动特性求解方法,获得旋翼翼型在不同外形下的升阻力和力矩气动特性参数.利用类型转换(CST)翼型参数化方法,对初始翼型进行拟合重构;选取12个设计参数,利用基于自然启发的全局优化差分进化算法,优化目标是降低旋翼翼型的力矩和阻力特性,主要限制条件是保证升力特性不降低和翼型厚度增幅不明显.将本文的优化设计结果与基于伴随方法和CFD方法的优化结果进行对比.结果表明,基于Kriging模型的动态失速特性优化方法与伴随方法相比,在二维翼型优化设计上具有更好的寻优性能,优化翼型气动特性的表现更好;该方法与CFD方法相比,在利用全局优化算法的优势下,减少了过早陷入局部最优点的可能性,对比优化结果表明,在力矩和阻...

液压螺栓拉伸器是用于火电、核电、风电等大型设备螺栓连接的专用工具,具有结构紧凑、操作方便等优点。活塞是液压螺栓拉伸器中承受载荷的关键部件,如何减少结构应力是设计中最为关注的问题。针对高精度仿真模型在优化过程中需要耗费大量时间成本的问题,采用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS构建活塞的参数化模型,对其进行静力学分析;然后,构建代理模型替代高计算成本的仿真模型,对活塞应力进行优化。结果表明,在活塞体积增大2.5

针对机械系统中多间隙铰接副等的磨损寿命设计优化问题,结合Kriging代理模型和序列二次优化算法实现机械系统中多个间隙铰接副磨损预测和等磨损寿命设计。基于磨损与机构动力学耦合计算方法,引入Kriging代理模型,构建了“设计变量-拉丁方试验设计-代理模型-设计优化”的集成化自动分析流程,并以Matlab工具箱和自编优化设计程序开发了计算程序。通过曲柄滑块机构中2个间隙铰接副磨损优化分析和试验对比,结果表明,基于代理模型的铰接副磨损优化结果只有4.7%的偏差,可在保持较高精度的前提下大幅提高计算效率,为机构多铰接副等磨损寿命设计提供工具。

为了提高光纤激光切割质量的预测精度,分别使用了多项式响应面法、克里金法和支持向量回归法三种代理模型方法,建立了激光功率、切割速率和辅助气体压力等加工参数与挂渣量之间的预测模型。使用拉丁超立方抽样法产生30组训练数据,利用正交试验法产生25组验证数据用以验证预测模型的精度。结果表明,利用克里金法和支持向量回归法建立的模型均成功地预测了挂渣质量,其中克里金法建立的模型预测精度最高,并利用该模型分析了激光切割加工参数对挂渣量的影响规律。