气动外形优化中的分块类别形状函数法研究

介绍类别形状函数(CST)方法的三维实现,分析其数学性质,提出分块CST参数化方法,保留CST方法的特性,实现了分块曲面之间的光滑连接。在确保曲面描述精度的情况下,对于形状复杂度不同的曲面,分块CST方法可以有效地减少参数个数;对于类别形状性质不同的曲面,也可以实现曲面的整体参数化建模。基于分块CST参数化方法、遗传算法和气动力快速计算方法,对类乘波翼身组合飞行器进行了优化设计,优化后气动性能改善明显。设计结果表明分块CST方法设计变量少、表达复杂外形能力强,有效地扩展了CST方法的应用范围。

使用类别形状函数的多目标气动外形优化设计

在飞行器的气动外形优化设计中,参数化方法和优化算法具有十分重要的作用,对优化的计算时间设计空间的数学特性有着深刻的影响.类别形状函数(class and shape transformation,CST)方法是一种简洁高效的参数化方法,但对于复杂曲面很难使用统一的CST方法进行拟合.文章首先介绍了CST方法的三维实现,分析了其数学性质,提出了分块CST参数化方法,保留CST方法的特性,实现了分块曲面之间的光滑连接.针对气动外形优化设计的复杂情况,需要根据具体的飞行任务提出设计目标,并处理不同目标的矛盾问题.其次采用Pareto策略自动寻找最优方案集,并基于分块CST参数化方法遗传算法和气动力快速计算方法,对类乘波翼身组合飞行器进行了优化设计,并改变原有问题的设定条件优化得到了全新外形.研究结果表明分块CST方法参数少,精度高,Pareto策略处理多目标准确有效,是气动外形优化设计中非常有用的工具.

动力短舱多点气动优化设计

跨声速发动机短舱的设计过程十分复杂,其设计往往需要在相互矛盾的设计要求中进行权衡。本文针对带动力短舱多点气动设计问题,采用类别形状函数变换法(CST)进行几何外形参数化,结合Kriging代理模型、Pareto遗传算法和松散式代理模型管理框架,构建了动力短舱多点优化设计平台。在巡航状态,优化目标是降低短舱外表面最大马赫数使短舱阻力减小,提高外流性能;在最大推力状态,优化目标是降低进气道最大马赫数使进气品质提升,提高内流性能。与初始短舱相比,优化设计结果在两个设计点性能上均有所提高,最大马赫数在巡航状态最多降低5%,而在最大推力状态最多降低10%。参数影响规律表明,短舱头部参数对外流和内流性能影响较大,且影响规律不同,应作为短舱综合优化设计的主要参数,并采用不同的优化设计策略。Pareto前沿阵面可以给出满足不同工程设计要求的最优方案。研究结果表明,本文建立的优化设计平台为动力短舱设计提供了有效工具,优化设计结果具有工程参考价值。