基于遗传算法的高速列车头型多目标优化

高速列车的气动阻力与列车的外形,特别是头部外形有着密切的关系.为了改善列车气动性能降低列车运行的气动阻力,建立高速列车的三维参数化模型,以高速列车头部所受的阻力和升力为优化目标,通过FLUENT软件与Isight软件多学科优化联合仿真分析方法,利用Sculptor软件对车头部分网格自动变形,基于计算流体力学,实现对高速列车流线型头型进行减阻的多目标自动优化设计.优化完成后,得到影响优化目标阻力和升力的关键设计变量,并对优化设计变量和优化目标之间的非线性相关性进行分析.通过对比原始流线型列车气动性能发现,列车头部的长度对阻力的影响比较大,列车头部的高度能够对列车所受到的升力产生较大的影响.     

混合驱动水下航行器水平推进模式水动力特性

关于水下航行器结构设计优化问题,混合驱动水下航行器(HUG)是一种新型水下航行器,实现了自治式水下航行器(AUV)与水下滑翔机(AUG)结构和功能的集成,具有航速大、航程长、机动性好等特点.混合驱动水下航行器所受水阻力与机动性是其水平推进模式(AUV模式)下的重要性能指标.针对混合驱动水下航行器的要求与结构特点,采用计算流体力学方法,分析了航行器在AUV模式下的航行水阻力和机动性.研究表明,混合驱动水下航行器在集成AUV与AUG功能优势的同时,在AUV运行模式下,航行阻力将增大约30％,航行机动性降低约15 ～25％.结果为混合驱动水下航行器的外形设计提供了依据.     

基于FLUENT的新型跨介质航行器气动水动特性研究

针对目前水下航行器和空中航行器难以以单一外形同时满足水空两种航行环境的特点,提出一种通过改变机体外形实现水空介质跨越的新型航行器.应用FLUENT对航行器的气动水动特性进行数值仿真,得到了航行器水中、空中航行的阻力、升力曲线.对结果的分析发现,通过改变外形能够满足航行器水中、空中的航行和机动要求,新型航行器的流体受弹体扰动较大,升阻特性有一定减弱,水空跨介质航行器的外形还有较大的优化空间.     

粒子群优化算法在船型优化设计中的应用仿真

研究船舶外形结构优化设计,由于船舶在航行过程中,不同型号的船舶机动性能力和稳定性存在着较大差异,造成船舶外形的梯度信息突变明显.传统的优化设计方法多是基于梯度信息的优化设计方法,在船舶外形结构梯度发生突变的情况下,很容易陷入梯度差过大,结果不收敛,造成外形设计的缺陷较为明显.为解决上述问题,提出一种基于粒子群优化算法的船舶外形优化设计,利用粒子群的搜索能力,对设计结构中的参数进行最优搜索.针对船舶外形梯度信息差异大,很难小范围收敛的问题,通过遗传算法对其进行优化,使得参数在小范围内也能实现最优化.保证设计结果的稳定,仿真结果表明,改进算法设计的船舶外形参数在升力、阻力和升阻比等参数上有了较为明显的优化,在全航行周期中具有更优的性能.     

AUV导流罩外流场数值仿真与几何参数优化

在水下机器人做为探测海洋的手段问题的研究中,针对框架结构优化问题,为了最大程度的减小自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)运行中的阻力,提高能量的利用率,在已设计的AUV框架结构的基础上,提出了三种导流罩形状模型,利用流体分析软件Fluent对模型的外流场,获取每种模型的受力情况.进行仿真计算,得到AUV导流罩外形几何参数对流体动力学的影响,选出较优模型,得到AUV导流罩几何参数的优化.经过分析,对优选模型进行外流场压强和速度满足要求,验证了以上分析的可靠性,并为进一步AUV整体结构力学计算提供依据,具有一定的实用价值.     

基于LabVIEW/Matlab的AUV半实物仿真系统设计

为解决大型自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）实际实验环境搭建的困难,以及AUV控制系统各单元功能测试的需要,设计了一套新的Windows平台下基于LabVIEW/Matlab的AUV半实物仿真系统。该仿真系统基于三维空间的水动力模型,来实时计算AUV的位置和姿态等信息;同时,模仿Phins、GAPS、定高高度计、避障声呐等传感器,和AUV甲板、主控以及运动控制单元进行串行和以太网络通信,实现了AUV的运动仿真,同时也为制定运动控制策略提供相关依据。大量实验表明,该系统模型较合理,软件设计可行,具有灵活的扩展性和伸缩性,在AUV控制系统测试实验中成功应用。     

基于Isight的板簧式起落架参数优化北大核心

针对板簧式起落架设计过程中需要反复迭代与试验的问题,在Virtual.lab中建立了板簧式起落架参数化模型并进行motion求解器与mecano求解器耦合非线性仿真,通过试验验证了仿真的准确性。将仿真计算所得结果通过程序输入Isight中,Isight根据输入结果及NSGA-Ⅱ优化算法生成新的设计参数并返回Virtual.lab中,程序对Virtual.lab中的模型根据返回的设计参数进行更新和仿真计算,由此完成一轮迭代循环。经过反复迭代循环可以完成板簧式起落架参数优化。结果表明motion求解器与mecano求解器耦合非线性求解能较好的模拟板簧式起落架落震过程;NSGA-Ⅱ优化算法优化效果较为明显,优化后板簧式起落架质量减少了15.1%,效率增加了20.0%。     

鱼雷外形多学科设计优化中的博弈求解方法

为了鱼雷系统多学科设计优化的设计过程,解决处理耦合变量的技术难点,为减小阻力,改进鱼雷性能,减少设计工作量,提出了一种新的多学科设计优化方法.该基于Nash均衡思想,把设计变量作为决策空间,设计目标作为博弈方,各子学科在某一策略下的响应设为博弈论中博弈方的收益.与以往的多学科设计优化方法相比,方法具有计算步骤简单,易于编程实现,各子学科可以独立进行学科的自主优化,改善鱼雷阻力特性.通过对具体工程算例进行仿真.结果验证了算法的可行性和适用性,可优化鱼雷性能,为设计提供了参考依据.     

基于离散滑模预测的欠驱动AUV三维航迹跟踪控制

针对欠驱动自主水下航行器（AUV）的模型不确定和外界海流干扰问题,为了实现欠驱动AUV的三维航迹跟踪控制,采用虚拟向导法建立空间运动误差离散化模型.基于递归滑模思想设计离散滑模预测控制器,利用滚动优化和反馈校正方法补偿了不确定项对滑模预测模型的影响.最后针对某欠驱动AUV进行了空间曲线跟踪控制仿真实验.结果表明,所设计的控制器可以较好地克服时变非线性水动力阻尼对系统的影响,并对外界海流干扰有较好的抑制作用,保证了欠驱动AUV三维航迹跟踪系统的鲁棒性,实现了三维航迹的精确跟踪.     

基于Sculptor和Isight的SUV前阻风板结构优化

以某SUV车型为研究对象,通过Isight集成Sculptor和FLUENT建立优化平台,在Sculptor中建立控制体,与SUV几何模型建立映射关系;将阻风板的高度和安装角度参数化,并应用Isight的DOE拉丁超立方设计方法创建实验样本点.在此基础上,用Isight驱动FLUENT进行仿真计算并建立Kriging近似模型,得到目标函数风阻系数与变量高度和角度之间的关系.采用多岛遗传算法对近似模型寻找最优解.优化结果表明,通过对阻风板的优化,其阻力因数下降6.1%.