基于响应面和遗传算法的翼型优化设计方法研究

文章针对气动优化设计中高效率和高精度的矛盾,综合响应面方法和遗传算法的优点和不足,采用多项式响应面模型代替原始遗传算法中计算量庞大的目标特性分析模型,建立了多项式响应面模型和遗传算法相结合的翼型优化设计方法,在采用N-S方程进行气动求解达到较高的精度情况下,求解次数显著减少,优化效率大大提高。研究了设计变量对优化设计效率的影响,文中方法在较少设计变量、较少N-S方程求解次数情况下,即可得到满意的优化设计结果。设计区间对响应面模型精度的影响显著,合适的设计区间既可保证模型精度,减少响应面预测结果和CFD计算结果的偏差,又可获得最佳优化结果。文中方法适用于翼型的单设计点和多设计点优化设计问题,具有原理简单、适应面宽、快速易行,且精度高等特点,可广泛应用于工程设计问题中。     

基于伴随方法的飞翼布局多目标气动优化设计

针对飞翼布局气动设计中的多目标多约束设计问题,开展了基于伴随方法的气动优化设计研究。构建合理的统一目标函数,并根据伴随方法基本原理推导了相应的伴随方程边界条件及梯度求解方程,采用N-S方程和伴随气动优化设计方法,进行了2种不同展弦比飞翼布局的跨声速减阻优化设计,优化结果表明:在满足气动、几何约束的前提下,飞翼布局跨声速激波阻力被很大程度削弱,证明了所发展的方法在飞翼布局多目标多约束气动设计上具有较高的优化效率和良好的优化效果。     

改进Kriging模型在翼型气动优化设计中的应用研究

文章将拉丁超立方抽样试验设计方法,Kriging模型与优化方法结合发展了一套基于改进Kriging模型的优化设计算法。首先对Kriging模型的拟合精度进行了研究,针对一维函数以及气动问题进行了测试,验证了文中发展的Kriging模型能够较好地对函数进行拟合以及能够运用到气动问题中。为了提高Kriging模型的拟合精度,文章对原有的Kriging模型优化设计算法进行了改进,在引入EI方法的同时将优化搜索算法得到的最优点加入到原有的样本集中,每次增加2个样本点,然后再重新生成Kriging模型进行优化设计。为了验证该方法的正确性和有效性,使用该算法进行了RAE2822翼型减阻优化设计,优化后的RAE2822翼型的阻力系数降低了33.6%,算例表明采用该方法能够逐步提高Kriging模型的拟合精度,最终实现高效的翼型气动性能优化设计。     

EGO算法的翼型气动外形优化设计

针对随机优化算法计算量大和最优响应面法容易陷入局部最优的缺点,采用EI最优策略综合平衡响应预测值及预测精度,建立了高效的优化系统.使用该方法进行了翼型气动外形优化设计,结果表明该方法将翼型阻力系数降低22%,具有良好的优化精度,而总计算耗时与粒子群算法相比约降低68%,说明了该方法的可行性和有效性.     

基于样条曲线描述的超声速喷管型面优化设计

以试验段流场指标为目标,对0.6 m连续式跨声速风洞喷管型面进行优化设计。将试验段实际轴向马赫数与设计值的均方根误差作为优化目标,提出优化问题并利用试验结果验证了CFD计算。采用三次样条曲线描述喷管型面,并搜寻到最佳插值点分布方案以提高拟合精度;构建基于高斯过程模型的重启优化算法改善梯度算法全局特性的同时减少了气动评估的次数,提高了计算效率。计算结果表明,该优化设计的方法,能够以较小的代价得到流场品质较优和马赫数准度较高的超声速喷管型面曲线,模型区马赫数均方根偏差最优结果可达0.001。     

基于响应面模型的跨音速转子叶片气动优化设计研究

为了提高优化设计效率,节约成本,将试验设计方法、响应面近似模型与遗传算法优化方法结合在一起应用于跨音速转子叶片气动优化设计中.首先采用拉丁超立方试验设计方法生成样本点构建目标函数的响应面模型,然后利用遗传算法对响应面模型进行目标寻优,并对优化解进行流场分析验证.为了验证方法的可行性,以NASA rotor37转子叶片前缘积迭线弯与掠优化设计为例,总压损失系数为目标函数进行单目标优化设计,优化后总压损失系数降低了0.528%,总耗时20h,算例结果表明基于响应面近似模型的优化设计方法可用于叶片气动优化中,提高了优化设计效率.     

基于改进直接曲率法的一种气动反设计方法研究

采用直接曲率法(DISC)反设计模块耦合NS方程流场求解程序,建立了具有跨声速翼型和机翼设计能力的气动设计平台.针对翼型表面光顺和跨声速设计中出现的收敛性问题,提出了基于最小二乘法原理的形状改变量曲线拟合方法,可显著改善跨声速设计收敛速度;提出的翼型前缘形状的多项式插值方法,可消除DISC方法中旋转变换而带来的翼型前缘不光顺问题,且具有加速收敛和增强设计稳定性的作用.     

超临界翼型的跨声速颤振特性研究

采用Navier-Stokes方程和二元弯-扭颤振运动方程耦合，用时间推进方法计算结构响应的时问历程，从而得到超临界翼型的跨声速颤振特性。研究了结构参数完全相同的3个超临界翼型(RAE2822，DFVLR-R2和NPU-3)的跨声速颤振特性。为了对比，同时计算了NACAOO系列的3个翼型(NACA0012，NACA0008，NACA0004)的跨声速颤振特性。研究结果表明，翼型形状对颤振特性有明显的影响，相对厚度较小的翼型颤振速度较高；厚度基本相同时，超临界翼型的颤振速度高于NACAOO系列翼型；跨声速范围内，由于气动力的非线性影响，普遍存在极限环振荡。     

跨音压气机转子多目标气动优化设计

采用基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于多目标遗传算法的数值优化程序,对跨音压气机转子NASA Rotor37进行了优化设计。对所开发的三维N-S方程求解程序进行了实验验证,完善了多目标遗传算法与响应面方法相结合的具有全局寻优能力的优化程序,以总压比和绝热效率最大为设计目标,应用该优化方法对NASA Rotor37进行考虑中弧线和厚度分布的多目标气动优化设计。结果表明:在满足流量约束的条件下,绝热效率提高了0.7%,总压比提高了0.66%,并且优化设计时间大幅减小。     

基于LS-SVM响应面法的基坑支护结构优化设计

由于受安全性和经济性的双重指标要求,基坑支护结构优化设计一直是基坑工程中的研究重点之一.本文结合均匀试验设计(UD)和粒子群算法优化的最小二乘支持向量机(PSOLSSVM),提出了一种基于LS-SVM响应面法的基坑支护结构优化设计方法.其中,以工程量为优化目标,以安全系数作为约束条件,首先通过UD和有限元计算高效构造学习样本,然后利用PSO-LSSVM模型的高度非线性映射能力建立学习样本响应面,并预测由Monte-Carlo模拟生成的多组随机样本结果,最后从中筛选满足全部约束条件的且目标函数值最小的样本作为优化设计最优解.通过算例分析表明,该方法优化效果明显,且具有较好的效率和精度.     

基于神经网络法的舱室噪声预测

提出了利用人工神经网络(ANN)预测舱室噪声的方法。针对现有封闭声场模拟方法适用频带范围有限和所需参数过多的不足，结合舱室噪声场的特点，给出了一种可模拟封闭空间内部噪声的BP神经网络算法．进行了仿真实验。结果表明，利用12输入、2个隐含神经元和1输出的ANN模型．可以准确地预测不同大小矩形空间内部的噪声分布情况，而且对于中高频和低频段都具有较高的精度。     

Re-entry trajectory optimization using a multiple-interval Radau pseudospectral method

Aiming at increasing the calculation efficiency of the pseudospectral methods,a multiple-interval Radau pseudospectral method ( RPM) is presented to generate a reusable launch vehicle ( RLV) ’s optimal reentry trajectory. After dividing the optimal control problem into many intervals,the state and control variables are approximated using many fixed-and low-degree Lagrange polynomials in each interval. Convergence of the numerical discretization is then achieved by increasing the number of intervals. With the application of the proposed method,the normal nonlinear programming ( NLP) problem transcribed from the optimal control problem can avoid being dense because of the low-degree approximation polynomials in each interval. Thus,the NLP solver can easily compute a solution. Finally,simulation results show that the optimized re-entry trajectories satisfy the path constraints and the boundary constraints successfully. Compared with the single interval RPM, the multiple-interval RPM is significantly faster and has higher calculation efficiency. The results indicate that the multiple-interval RPM can be applied for real-time trajectory generation due to its high efficiency and high precision.     

强夯法设计参数的确定与现场试验研究

结合实际工程现场测试试验结果,提出了应用现场试验结果选择强夯单位夯击能及有效影响深度,强夯击次数和夯击遍数,夯点间距及布点间距等强夯参数的方法.通过施工现场强夯过程孔隙水压力场分布的测试、土层中垂直变形和水平变形的测定、夯击数与夯沉量的测试,得到强夯加固软粘土地基时孔隙水压力随深度、距离的变化规律及夯击数与夯沉量的变化规律,根据这些变化规律有效选择相关强夯法设计参数.     

一种锻件预成形设计的新方法

一种锻件预成形设计的新方法刘庆斌，季忠，刘马宝，吴诗春为了在锻造过程中合理地分配金属，使金属在终段时完全充满模腔，不会出现缺陷，往往在终锻前进行一次或多次预锻，即预成形（Ｐｒｅｆｏｒｍｉｎｇ），而要进行合理的预成形设计，掌握金属流动规律是关键。从目前...     

基于量子粒子群算法的BP网络板形模式识别研究

针对目前板形模式识别方法存在的问题,以及考虑到现代轧机板形控制手段的多样化和板形控制能力的提高,为了提高板形模式识别模型的精度,本文以1次、2次、3次和4次勒让德正交多项式为板形基本模式,建立了基于量子粒子群-BP算法混合优化神经网络的新型板形模式识别模型。仿真实验表明,该模型抗干扰能力强、识别精度高、速度快,可以为板形控制策略的制定提供可靠依据。     

基于惩罚函数的多模态平稳过渡策略研究

为了使智能控制中多模态之间能实现平稳过渡，提出一种基于惩罚函数的多模态控制策略.根据系统特性及其不同的工况条件，在控制的母空间中划分多个子空间，每个子空间对应一个模态，每个模态采取不同的有针对性的控制策略，并把与每个模态相对应的控制策略推广到母空间，在每个子空间中对应控制策略的控制值所含权值较大，推广到别的子空间时控制值所含权值都受到惩罚.试验结果表明，用基于惩罚函数的多模态控制策略对纳米级驱动部件进行控制，当进给力为5 000 N时，控制精度达到10 nm.     

一种基于小波消噪技术的平直度模式识别方法

为了提高平直度模式识别的精度,引入小波消噪技术对平直度信号进行预处理,然后采用以1次、2次、3次和4次勒让德多项式作为平直度基本模式的基于最小二乘原理的多项式回归方法进行模式识别,提出了一种计算精度高、抗干扰能力强的平直度模式识别方法。该方法能够从本质上提高平直度模式识别的精度,计算过程稳定可靠,能够为平直度控制模型提供准确的平直度信息,适合在线应用。     

微机控制纤维缠绕机的设计特点

微机控制纤维缠绕机是一种新型的工艺装备,设计要求涉及问题较多,难度较大。本文针对该机多座标、多系统、产量小、品种多、机电一体化、特殊要求多等特点,采用了模块化的设计方法来满足不同的设计要求;根据多座标轨迹控制的要求,采用了有效的消除传动间隙、减少摩擦、降低惯量、提高定位精度的设计方案和其他措施,为继续开发、生产微机控制缠绕机开辟了途径。     

最优离散控制系统的参数化设计

本文提出了一种基于离散系统LQ逆问题分析的最优控制系统设计方法,得到了线性最优系统开环和闭环特征多项式系数与二次型性能指标中的加权矩阵之间的解析关系。最后分析了LQ逆问题解的存在条件,以便合理选择期望的闭环极点,使之成为一组最优极点。