iSIGHT在鱼雷线形优化设计中的应用研究

寻找最优设计方案是鱼雷设计的重中之重,针对目前鱼雷优化设计领域还没有一套公认的优化设计方法这一现状,提出了一套基于iSIGHT的工程设计优化方法,将这款商业软件应用于鱼雷线形优化设计中,采用了模拟退火算法+连续二次规划法的优化策略,集成流体分析软件Fluent对雷体线形的流体参数进行了计算,并与传统优化方法结果相比较,结果表明,基于iSIGHT的优化设计方法在鱼雷线形优化设计中是可行的,能够得到令设计人员满意的鱼雷线形优化方案.     

多学科优化设计技术在现代鱼雷设计中的应用展望

介绍了国内外多学科优化设计技术的现状与发展，基于该技术在国内起步较晚、在鱼雷领域的应用还是空白的现状，展望了多学科优化设计技术在现代鱼雷技术中的应用，认为应从4个方面开展工作：建立适合鱼雷使用的系统优化模型；确定优化算法；研究优化设计流程；建立鱼雷总体多学科优化设计平台，从而实现全雷各系统各学科的协同设计，提高鱼雷总体设计水平。同时介绍了几种优化算法，如单级优化算法、并行子空间优化算法和协作优化算法，以及几种优化设计平台，如美国Engineous Software公司开发的iSIGHT软件、Sandia国家实验室开发的DAKOTA软件、Vanderplaats开发的VisualDOC软件、Phoenix Integration公司开发的ModelCenter软件等的技术特点。     

鱼雷外形多学科设计优化方法研究

基于多学科设计优化(MDO)理论,结合鱼雷外形各学科优化设计方法,将鱼雷外形优化设计问题分解为一个系统级优化问题和阻力学科、自噪声学科和压力分布学科3个学科级优化问题,建立了鱼雷外形多学科设计优化模型,解决了各学科之间、学科与系统之间的耦合问题,实现了并行计算,并结合实际算例,验证了该方法的有效性.     

低舵速下具有能量优化的舵鳍联合减摇研究

针对目前舵／鳍联合减横摇系统对舵机转舵速度要求较高等问题，研究了一种在现有舵机低舵速条件下的舵／鳍联合减摇方法，可避免频繁操舵造成的舵机加剧磨损、燃料过度消耗等缺陷。依据操舵准则，在线修正原航向舵、减摇鳍指令，在允许的航向·偏差范围内，达到舵／鳍联合减摇的目的。通过对船舶航行阻力、能量损耗的分析，应用遗传算法对舵／鳍联合控制中的关键因子进行优化。最后在不同海情下与原舵、鳍系统进行模拟比较，验证了该方法的有效性。与其它舵／鳍联合系统不同，该方法无需对现有舵机、鳍系统进行改造或更换，具有较好的应用价值。     

鱼雷外形低阻、低噪和高机动性的多学科优化设计方法

为了解决鱼雷外形低阻、低噪和高机动性综合优化设计问题,基于MDO理论,利用两级综合优化算法和并行子空间优化算法,提出了一种适用于鱼雷外形综合优化设计的多学科优化算法,建立了系统级优化模型,利用二次响应面近似技术,解决了学科级与系统级之间的耦合问题。最后,通过实际算例,对多学科分析与优化方法及模型的有效性进行了验证,获得了一种综合性能较优的方案。     

基于均匀试验响应面法在鱼雷外形设计中的应用

在鱼雷外形优化设计过程中,由于要考虑各学科之间的耦合,且把所有学科都集中在一个反复迭代的优化过程中,其运算量和计算时间是采用常规方法所难以实现的.该文首次在鱼雷外形优化设计中采用了基于均匀试验的响应面方法,在设计空间选取合适的试验点,构造一定精度的响应面模型,并在该模型基础上进行优化设计.通过算例计算说明,该方法可以克服常规设计方法计算成本高,计算操作复杂的缺点,提高了运算效率,其优化结果与现有鱼雷头部曲线比较分析表明,本文提出的鱼雷外形优化设计方法可以大大减少各学科分析时间以及优化步骤,优化结果接近实际工程应用.     

鱼雷外形多目标多学科综合优化设计方法研究

提出基于多目标多学科综合设计的鱼雷外形优化设计方法。建立了针对鱼雷外形设计的一体化设计优化模型；给出改进并行子空间优化算法；并针对具体算例进行外形综合优化设计；将所得优化设计结果，与初始外形相比较。比较结果表明：优化后流体动力和声学性能都有较大提高，本文提出的方法具有可行性和适用性。     

无鳍舵无动力水下运载器发射潜空导弹仿真研究

针对鳍舵式无动力运载器系统结构复杂、水动力环境复杂及水下弹道控制复杂等问题,提出一种无鳍舵水下运载器发射模型。该运载器具有长圆柱体外形、无鳍舵控制、鱼雷管水平发射的特点,运载器由浮力推动上升,浮力和重力构成的恢复力矩可调整运载器出水姿态,具有系统结构简单、水动力环境简单、水下弹道控制简单等优点。利用Matlab的Simulink仿真平台对其进行验证,仿真结果表明,运载器水下运行轨迹符合理论预期,出水速度和姿态满足潜空导弹水面发射要求。     

火箭弹推力方案的优化设计

提出了一种基于Matlab/Simulink和iSIGHT软件平台,以火箭弹规定的射程为约束,以火箭弹飞行过程中的最大马赫数最小为优化目标的火箭弹推力方案优化设计方法.在Matlab/Simulink软件下建立火箭弹飞行的六自由度弹道仿真模型,推力模型依所选推力方案而变化,利用iSIGHT软件的优化功能充分挖掘每一种推力方案的潜能.经过大量的优化计算,可以得到每一种推力方案下的最优结果.文中还对每一种推力方案下所需要的火箭发动机总冲进行了分析.     

鱼雷发动机多学科设计优化应用展望

介绍了鱼雷发动机设计优化技术的现状与发展,提出了基于多学科设计优化(MDO)的鱼雷发动机优化设计方法,按零件、部件和总体方案设计3个阶段,分别从系统分解、模型建立、MDO策略、优化算法以及MDO平台建立5个方面,分析与展望了多学科设计优化在鱼雷发动机设计中的应用前景.     

一种基于有向图的冷却系统原理方案设计方法

针对电传动装甲车辆冷却系统原理方案的设计问题,建立了冷却系统热部件、散热器和水泵的简化模型,提出了使用有向图表示冷却系统原理方案的基本方法,结合遗传算法提出了冷却系统原理方案优化设计方法。实例计算表明,与所有热部件并联、所有热部件串联的系统方案相比,优化后的冷却系统原理方案适应度函数值分别减小了62.6%、54.5%. 研究结果对冷却系统原理方案的设计有一定参考价值。     

磁悬浮微框架球形飞轮及其转子优化设计研究

为了克服现有外转子方案因螺钉连接而增加转子系统不平衡量的缺点,提出一种内转子结构磁阻力-洛伦兹力混合力构型的磁悬浮微框架球形飞轮。介绍了飞轮结构和工作原理,分析了转子系统控制模型。研究结果表明,当转子质心、球心和检测中心重合时,可消除平动悬浮对径向偏转控制的干扰,简化控制器设计。在考虑转子最大等效应力、1阶共振频率、极地与赤道转动惯量比和极转动惯量的基础上,增加转子最大变形量和质心与球心偏差两个约束变量,并筛选高灵敏度参数作为优化设计变量,以转子质量最小为优化目标,对其进行多学科优化设计。优化结果表明：在满足设计要求的前提下,转子质量由5.600 kg减小为5.389 kg,减小了3.8%;此优化设计方法提高了飞轮转子设计效率,利于系统实现高控制力矩精度。     

多用途靶弹控制系统设计

研究了一类多用途靶弹控制系统的设计问题.提出并比较了经典、自适应和智能等三类控制方案的特点以及控制效果.控制方案参数的优化方法采用改进的单纯形法,软件设计采用Matlab和Fortran语言混合编程方法.结果表明:寻优软件简单、适用;自适应和智能控制方案对大空域的适应性好,但实际应用复杂且成本高;经典控制方案对大空域的适应性较差,但通过人工调整后能满足要求.     

基于正交试验法的聚能装药结构优化设计

常用的聚能装药结构设计方法是在经验的基础上通过试验或数值仿真,确定装药结构数,从几个待选方案中选择相对较好的方案,并不是真正意义上的优化且设计周期较长。基于正试验法,提出了一种不需要构建目标函数、约束条件函数和进行微分计算的聚能装药结构优化方。以影响聚能装药破甲深度的药型罩锥角、壁厚等主要因素为设计变量,以破甲深度最大为目标数值,建立了基于正交试验法的优化模型。通过选择适当的正交表,把选定的设计变量的三水平配列于正交表中,在方差分析和F检验的基础上,求出设计变量的最优组合,反复迭代后得到全最优解。以125 mm聚能装药结构设计为例,进行了试算,计算结果表明：优化结构与原方案相,提高了破甲深度,表明了该优化方法的可行性。     

基于isight的某转管武器弹簧缓冲器优化设计

针对转管武器试验过程中出现的后坐阻力和后坐位移过大的问题,以某型转管自动机为研究对象,提出了一种基于isight的缓冲器优化设计方法.基于动力学分析软件ADAMS建立转管武器虚拟样机模型并对其计算结果进行分析.然后基于isight多学科优化技术,以最大后坐阻力作为目标函数,在后坐位移不超过19 mm的约束条件下采用最优拉丁超立方设计方法对缓冲簧设计参数进行灵敏度分析.利用isight集成ADAMS运行程序,采用多目标遗传算法NSGA-II对缓冲簧设计参数进行并行优化设计.实验结果表明:优化后的设计参数与最初方案相比其后坐阻力显著减小,同时该设计方法为转管武器缓冲器优化设计提供了参考依据.     

基于约束多目标优化算法的夹具定位方案稳健性优化设计

设计人员通常根据自身经验或某些特定的优化方法获得稳健的夹具定位方案.由于设计人员的经验水平及使用条件等方面的限制,导致该类方法缺乏通用性,为此提出了一种约束多目标优化算法确定夹具定位方案.该算法由稳态演化的可行解搜索阶段和双种群优化阶段构成,将网格约束分解的方法和基于可行性准则的方法结合,以合作的方式求解约束多目标优化...     

基于单学科可行法的固体火箭发动机参数优化设计

针对固体火箭发动机优化设计的复杂性,以星孔装药发动机优化设计为例,采用多学科设计优化分析复杂系统的思想,将发动机设计模型子系统化,并根据设计要求规定各个子系统的相应功能,给出各个子系统的计算模型;采用多学科设计优化的概念和方法分析子系统间的耦合关系;采用单学科可行法策略引入辅助设计变量使各个子系统解耦,进而确定发动机模型并行设计的优化设计变量,并选用可行序列二次规划优化算法进行求解。计算实例验证了这种设计模式的有效性。该设计模式充分考虑发动机的模块化并行设计,有利于提高优化效率以及模块的通用性,对于考虑设计因素比较全面的发动机优化设计提供了一种很好的方法。     

高超声速临近空间飞行器铰链力矩最小俯冲弹道设计

为解决高超声速临近空间飞行器俯冲段铰链力矩过大问题,给出了一种降低铰链力矩的俯冲弹道设计方法.在建立俯冲弹道优化模型的基础上,利用Gauss伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,进而将其作为极大极小优化问题采用序列二次规划方法进行求解,其中优化的初值由按照最优导引方式生成的初始弹道获得.在普通台式机上耗时约2min,获得的优化弹道铰链力矩峰值下降达67%,并且各种约束条件均可满足,采用美国GAV-H飞行器总体和气动参数进行了铰链力矩最小俯冲弹道仿真,分析了最优俯冲起点的选取策略,结果表明,该铰链力矩最小俯冲弹道设计方法具有可行性.     

多级优化算法在火炮总体结构设计中的应用

随着现代战争模式对武器装备性能要求不断提高,需要新的设计方法以实现火炮总体结构参数最优设计,为此提出一种能够综合考虑各方面性能的火炮总体结构优化设计方法.建立火炮多体动力学的参数化模型,基于最优拉丁超立方试验设计方法得到设计参数的灵敏度和大量的输入-输出数据,由各参数的灵敏度合理计算不同射击工况及不同评价指标下的权重值...