基于离散伴随方法的翼型定常/非定常气动优化设计

为了有效提升翼型的气动性能,本文发展了一种基于离散伴随方法的翼型定常/非定常气动优化设计方法。应用该方法,对给定目标压力下的翼型反设计问题和振荡翼型的时平均阻力优化问题进行了研究,所得结果表明:反设计得到的翼型几何外形与目标翼型高度一致;振荡翼型的阻力优化计算经过12次迭代后,时平均阻力降低了约40%。

涡波一体乘波飞行器宽速域气动优化设计研究

涡波一体宽速域乘波飞行器通过在低速引入涡效应,显著改善了传统乘波体在低速状态下的升阻特性,具有在未来宽速域空天飞行器总体气动设计当中得到广泛应用的巨大潜力.但是,该设计方法的研究尚不完善,特别是在基准流场建立过程中忽略了三维效应、低速效应、黏性效应以及头部/前缘的钝化效应,因此其高低速气动特性均有优化设计的空间.针对此问题,本文结合高保真RANS求解器、自由变形参数化方法、鲁棒的结构网格变形方法、离散伴随方法以及序列二次规划算法,发展了基于离散伴随的宽速域飞行器气动优化设计方法.基于上述方法,针对涡波一体乘波飞行器开展了兼顾低速与高超声速气动性能的三维整机气动优化设计研究,获得了宽速域优化构型并对其进行了流动机理分析.结果表明,相较于初始构型,宽速域优化构型可以将飞行器高超声速状态下升阻特性略微提升的同时,显著增强低速状态飞行器背风面的旋涡效应,进而使飞行器低速状态的升力和升阻比均提升10%以上,改善了涡波一体宽速域乘波飞行器的高低速气动性能.

基于本征正交分解的气动优化设计外形数据挖掘

气动外形的全局优化设计会产生大量的过程数据,其中隐含的设计知识具有较高的挖掘价值.数据挖掘有助于获取直观、可定性描述的设计知识.本文采用基于本征正交分解的数据挖掘方法从气动优化设计的过程数据中获取设计知识,数据挖掘对象为跨音速压气机转子叶片NASA Rotor 37的优化过程数据,该数据由基于粒子群方法的绝热效率最大化优化设计产生.结果表明:基于本文数据挖掘方法获取的设计知识能够直接反映气动外形的变化规律,为叶片的气动外形设计提供参考;数据挖掘的设计知识成功地验证了优化设计结果的有效性.

翼型多目标气动优化设计方法

将数值优化软件modeFRONTIER同计算流体力学(CFD)软件相结合,对NACA0012翼型的气动性能进行优化。计算采用N-S方程作为主控方程以计算翼型气动性能,分别采用多目标遗传算法(MOGA)和多目标模拟退火算法(MOSA)作为翼型的气动性能优化算法。计算结果表明,优化后的翼型相对于优化前的翼型的气动性能有很大提高(升阻比增幅可达182%)。

微型飞行器螺旋桨的气动优化设计

提出了一种用于微型飞行器螺旋桨的气动优化设计方法。该方法分为两部分 :基于有限片桨叶涡流理论的气动性能计算和采用遗传优化算法的优化设计。在优化过程中 ,用贝塞尔样条描述桨叶的宽度和安装角沿半径的分布 ,考虑了桨叶不同剖面处雷诺数的变化 ,以螺旋桨的推进效率作为目标函数得到了桨叶沿半径的宽度、安装角的最佳分布。设计结果表明 ,该方法能够得到工程上实用的设计结果。最后 ,根据该方法制作了用于螺旋桨气动设计和性能计算的软件 ,该软件能方便数据输入 ,直观显示设计结果。

高升力翼型的气动优化设计和实验研究

利用遗传算法进行了低雷诺数高升力翼型的气动优化设计,并利用风洞实验检查了设计的正确性。优化后的翼型其气动特性有明显改善,这说明了利用遗传算法进行低雷诺数翼型气动优化的可行性。风洞实验结果验证了优化设计方法的正确性,同时也表明新设计翼型有较高的升力系数和相对大的升阻比,其升阻比提高了10%。

多级涡轮三维气动优化设计的可行性分析与实现

多级涡轮三维气动优化设计由于计算量大、计算时间长、变量样本空间过于庞大,在实践中往往设计周期长,且难以有效实现。随着计算机硬件和计算软件的发展,计算能力已经大为改善,多种设计方法亦实现了有效融合。大力开展多级涡轮三维气动优化设计研究,将传统设计方法与现代自动优化设计方法相结合是解决前述困难,实现多级涡轮优化设计的一个有效途径。文中分析了将准三维设计和多级局部优化联合实现多级涡轮三维设计的可行性,给出了一个多级涡轮气动优化设计流程。准三维设计主要是S2流面正问题计算,通过准三维设计进行初步设计,初步提高性能,确定总体参数,为下一步的优化设计打下基础。然后采用多级局部优化设计,多级局部优化过程使用Numeca/design 3D软件,优化联合采用人工神经网络和遗传算法,通过提高局部性能来提高总体性能。流场计算采用全三维粘性流N-S方程求解,并以一个3级涡轮和一个4级涡轮为例,说明此方法的可行性。

一种代理遗传算法及其在气动优化设计中的应用

遗传算法具有良好的鲁棒性和全局优化等优点,但是需要进行大量目标特性的计算,因此计算量很大。针对这一问题,利用代理模型计算量小的优点,将代理模型引入到遗传算法中,建立了一种高效的代理遗传算法。在该算法中,以遗传算法为整体框架,在优化搜索中部分使用代理模型进行目标特性分析,大大减少了计算量。为防止代理模型不精确带来的影响,在优化过程中通过引入EI方法,较好地解决了算法中校正个体的选择问题。为了验证方法的有效性,使用该算法进行了翼型的气动外形优化设计,升阻比提高了40%。与基本遗传算法相比,该算法的优化结果与之相当,但计算时间减少了约75%。结果表明该算法对遗传算法的改进是有效的,适合进行气动外形优化设计。

基于自由涡尾迹和遗传算法的叶尖小翼气动优化设计

风力机叶片采用分裂式叶尖小翼可以改善叶片的气动性能。以风能利用系数最大和风轮推力系数最小为目标,采用自由涡尾迹(FVW)方法与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)耦合对小翼的形状进行优化设计。NS-GA-Ⅱ算法对每一代种群进行评价、筛选和变异,最终得到小翼形状的Pareto最优解集,其中气动性能评价目标通过FVW方法计算。结果表明,FVW模型能够较准确的模拟叶片的气动性能;两目标优化给出的不是传统优化方法追求的单个最优解,而是一个Pareto最优解集,且分布在一条曲线上;相比NREL原始叶片,风能利用系数最高能提高30%;小翼的几何形状在最优解集下分布具有一定的规律性,对后面的设计及改型有很好的指导性作用。

叶轮机械气动优化设计中的近似模型方法及其应用

针对在工程中完全采用随机类优化方法寻优时计算量过大的问题，应用统计学的方法发展了计算量小、在一定程度上可以保证设计准确性的近似模型方法．在气动优化设计过程中，用该模型取代耗时的高精度的计算流体动力学分析，可以加速设计过程，降低设计成本．基于统计学理论提出的近似模型方法有效地平衡了基于计算流体动力学分析的叶轮机械气动优化设计中计算成本和计算精度这一对矛盾，

遗传算法在多级压气机气动优化设计中的应用

用遗传优化算法结合流线曲率法管流流场求解器建立了一种多级压气机多目标气动优化设计方法.优化目标为总压比和绝热效率最大,决策变量为转子和静子叶排尾缘速度环量.测试结果表明,该优化算法的搜索效率和全局性都较好.用该方法对一台5级高压压气机进行了气动优化设计,压气机性能有了明显提升.

基于遗传算法的翼型气动优化设计

采用遗传算法进行跨声速翼型的反设计与阻力和升阻比的优化设计。翼型的反设计达到了设计要求 ,优化设计后的翼型其气动特性也有显著的改善 ,这表明了遗传算法应用于翼型气动优化设计的可行性。在优化设计的过程中 ,翼型由解析函数线形叠加法表示 ,目标函数和个体的适应值由二维欧拉方程的流场解来提供。

基于N-S方程的翼型气动优化设计

本文简要回顾了气动优化设计的最新发展 ,并采用连续伴随方法对粘性条件下的翼型气动外形进行了优化设计。设计过程中 ,采用B样条曲线的控制顶点作为设计变量 ,通过求解伴随方程得到目标函数关于设计变量的梯度 ,最后用最速下降法和BFGS变尺度法对二维翼型进行了外形优化 ,验证了本方法直接、快速的设计能力。

定桨距风力机气动优化设计优化方向分析

简述风力机气动优化设计的模型和方法，分析定桨距风力机桨叶外形变化对气动性能的影响，指出气动优化设计应考虑的优化目标和主要参数，并根据该方法对２００ｋＷ定桨距风力机进行气动优化设计。

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.

应用自适应遗传算法的气动优化设计

对简单遗传算法 (SGA)加以改进 ,形成了气动优化设计中的自适应遗传算法 (SAGA)。采用实数编码来表示种群中的个体 ,不需要进行二进制的编码和解码操作 ,并针对具体问题设计了杂交和变异算子 ,提高了优化设计的质量和效率。最后分别以翼型和机翼为例 ,应用自适应遗传算法对跨音速翼型和机翼的升阻比进行优化设计。

直接操作FFD技术在翼型气动优化设计中的应用

几何外形参数化技术在飞行器的气动外形优化设计以及多学科优化设计中是影响其结果和效率的重要因素之一。针对自由变形技术(FFD)无法直接操纵几何外形表面指定点位移的局限性,开展了直接操作FFD技术在翼型参数化及翼型气动优化设计中的应用研究。建立了由翼型表面控制点的位移反求各个FFD控制点位移的求解模式,有效地降低了高阶FFD控制体进行翼型参数化的参数个数,并且具备直接操纵翼型几何外形的能力,更具物理直观性。运用该技术对于跨音速翼型进行了气动减阻设计,显著减小了设计状态下翼型的阻力。

跨音速翼型和机翼的气动优化设计

以NACA0 0 1 2翼型和ONERA M 6机翼为基准 ,分别把可变误差多面体法(VEP)和遗传算法 (GA)两种不同的优化方法与求解二维和三维欧拉方程的气动分析相结合 ,进行跨音速翼型和机翼的气动优化设计 ,并在其基础上对两种不同性质的优化方法在气动优化设计应用中的优化质量和计算效率进行比较。在优化设计的过程中 ,翼型通过解析函数线性叠加法来表示 ,机翼通过不变的翼型和可变的平面形状来表示。二维和三维欧拉方程采用Jamenson提出的有限体积方案、显式四步Runge

多级离心风机的气动优化设计

风机的优化改造,对我国工矿企业的节能减排有重大的意义。文章基于通风机气动计算基本理论,针对原多级离心风机吸力不足,效率较差的特点,对其进行优化设计。在制造成本,风机体积等改进限制条件下,通过研究单级的结构和气动性能,分析了叶轮进口气流损失、当量扩张角、预旋、频率共振等因素的影响。经气动复算,结果表明,对叶轮和回流器各增加一片叶片并改变回流器尺寸后,整机压力提高15.3%。

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法。结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形。计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用。