预训练模型驱动的固体火箭发动机总体优化设计

优化设计是固体火箭发动机设计的重要手段。针对现有固体火箭发动机优化设计方法模型调用次数多、优化效率低的问题,提出预训练模型驱动的固体火箭发动机优化设计方法。基于已有设计案例,提出固体火箭发动机几何-性能参数映射方法,将已有仿真结果转化为目标需求下的训练样本,由此构建预训练模型。基于预训练模型进行初始样本点筛选和模型响应预测,结合多可信度代理模型技术,在较少仿真模型调用次数下定位问题全局最优,提升了固体火箭发动机总体优化效率。对翼柱形装药固体火箭发动机进行优化设计,结果表明,基于200个已有设计案例建立预训练模型,只需调用30次高精度仿真模型即可完成优化设计,相比于传统直接优化设计的64次模型调用可大幅减少仿真模型调用次数,提高了设计效率,验证了本方法的高效性和有效性。

基于非精确搜索的固体火箭发动机序列近似约束优化设计方法

基于代理的约束优化方法在实际固体火箭发动机设计问题中得到了广泛的应用。为了提高设计性能,文中提出了一种基于非精确搜索的序列近似约束优化(ISSACO)方法,该方法应用了一个三阶段非精确采样方法。三阶段约束抽样方法采用精英档案机制来平衡采样的可行性和最优性,针对精英档案中种群可行与不可行的情况,分别制订了3种抽样准则。采样固体火箭发动机冲质比优化工程算例及数值算例进行验证,结果表明:ISSACO方法可以高效地定位全局可行最优,证明了本方法的有效性。

固体火箭冲压发动机导弹一体化遗传算法优化设计

遗传算法能以很高的概率找到全局最优解 ,适合工程优化设计要求。研究以固体火箭冲压发动机为动力的导弹的总体方案设计 ,探讨采用遗传算法实现冲压发动机导弹一体化优化设计 ,给出满足战术技术指标的最优总体方案和冲压发动机方案。算例表明 ,遗传算法是用于固体火箭冲压发动机导弹一体化优化设计的很好的优化算法。通过一体化优化设计 ,可以提高冲压发动机和导弹的总体性能。

固体火箭发动机特型喷管造型设计与优化

采用双三次样条方法建立了某型固体火箭发动机特型喷管扩张段型面;考虑燃气流动和温度的耦合影响,采用二维轴对称可压缩N-S方程进行数值仿真分析。以发动机推力和总压恢复系数最大为优化目标,模拟退火算法寻优进行了特型喷管的优化设计,与初始设计方案相比,轴向推力提高2.38%,总压恢复系数提高2.22%。结果表明:特型喷管性能远优于锥形喷管,通过对型面的优化设计可以提高喷管性能。

基于网络理论的固体火箭发动机纤维缠绕壳体优化设计

基于网络理论按爆破压强设计的纤维缠绕壳体基本方程,在结构、工艺等约束条件下,选取不同纤维材料,以壳体质量为目标,利用线性多步法和复合形法,优化设计纵向层平面缠绕、圆筒部分在环向缠绕的固体发动机纤维壳体的材料密度、纤维拉伸强度、缠绕角和极孔半径,并给出算例。计算表明,比强度是影响纤维壳体质量的最重要因素。

水平空中发射固体有翼运载火箭总体/动力/气动/轨道一体化设计与优化

综合考虑固体火箭发动机设计、带翼火箭气动外形设计、轨道设计和总体特性相互作用相互影响的情况下,建立了水平空中发射固体有翼运载火箭总体/动力/气动/轨道一体化设计优化模型和系统分析模型。测试了系统分析软件,应用基于方向的遗传算法优选了某水平空中发射固体有翼运载火箭28个设计参数。结果表明,计算结果与工程实际结果吻合较好,优化设计效果明显,优化所得火箭起飞质量是原方案的84.32%。

基于遗传算法的多级固体火箭总体/发动机一体化设计优化研究

在综合考虑发动机设计、火箭气动特性和外弹道关系的情况下,建立了多级固体火箭总体发动机一体化设计优化模型。该模型具有如下特点:一是不能保证目标函数和约束是凸集上的凸函数,存在“多峰”现象,二是设计变量含连续/离散混合设计变量。根据上述特点,优化方法选用遗传算法,并对遗传算法进行了改进研究,给出了一种改进的基于方向的变异算子。应用该算法完成了某三级固体火箭总体/发动机十五个设计参数的优选,取得了满意结果。

固体火箭发动机集成初步设计CAD系统研究

系统论述固体火箭发动机设计的特征后 ,构造了发动机 CAD系统框架 ,并对该系统的主要组成模块的设计进行了有效的探索 ,加速了 CAD技术在固体火箭发动机设计中的应用。已成功地研制了系统的几个重要模块 ,在工程中得到了应用 ,并提出了可行的深入研究方案。研究结果可为固体火箭发动机 CAD系统研制提供重要的技术参考。

固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境

为支持固体火箭发动机基于虚拟样机的设计技术,提出了固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境软件架构。介绍了支持固体火箭发动机虚拟样机的集成设计环境(SRM IDE),该环境集成了发动机设计常用软件和商用软件,以项目管理为中心,采用分布式体系结构,支持分布在异地的设计人员协同构建发动机虚拟原型和协同仿真,以及发动机设计过程中文档、数据、流程、产品结构及资源等的管理。

考虑结构完整性和装填分数的星形药柱形状优化

在固体火箭发动机药柱设计过程中,装填分数较大的药柱结构完整性很难满足要求。利用PCL对商用有限元软件MSC Patran/Marc进行二次开发,建立星形药柱发动机的二维参数化有限元模型。在此基础上,采用遗传算法对星形药柱进行了形状优化,以结构完整性最优为优化目标,以装填分数为约束条件,得到了Von mises应变最小且面积装填分数不小于0.85的药柱形状。所提出的方法可方便地应用于各种固体火箭发动机装药设计。

基于多方法协作优化方法的非壅塞式固体火箭冲压发动机导弹一体化优化设计

固体火箭冲压发动机和导弹性能相互之间紧密耦合。从导弹总体方案设计阶段引入一体化设计思想,能充分发挥和协调好固体火箭冲压发动机和导弹的性能,提高了导弹的总体设计水平。采用基于遗传算法、Powell法和模式搜索法的多方法协作优化方法进行了以非壅塞式固体火箭冲压发动机为动力的导弹总体一体化优化设计。算例表明,采用该多方法协作优化方法进行一体化优化设计,可以协调导弹的总体参数,提高导弹的总体性能。

ANSYS程序优化技术在固体火箭发动机设计中的应用

简述了ANSYS程序的设计优化、拓扑优化和变分优化技术的基本原理,通过针对固体火箭发动机的几个典型算例,分别介绍了这3种优化技术的分析过程,并进行了比较。由算例可知,基于有限元分析的ANSYS程序优化技术是进行固体火箭发动机优化设计、提高发动机性能的有效手段。

固体火箭发动机交互式可视化优化设计与分析

为提高固体火箭发动机优化设计和结果分析的效率,提出了一种交互式可视化优化设计与分析方法。以某大型固体火箭发动机设计为例,说明其在固体火箭发动机优化设计和参数敏感性分析中的应用。研究表明,这种方法可使设计人员快速、直观地得到符合总体要求的多组设计方案,简单、有效地进行参数敏感性分析,符合设计人员思维习惯,适合在工程中推广。

单纯形法下的开槽管型药柱恒面燃烧规律研究(英文)

为了得到开槽管型药柱的近于恒面的燃烧规律,建立数学模型,选择燃烧面积的方差作为目标函数,应用解析式方法进行分析研究,并基于单纯形法,同时改变多个设计变量,对开槽管型药柱进行优化。结果表明:设计变量内径、槽深值减小,可以使燃烧面积的变化率减小;端面弧槽半径值增大,可以降低开槽的难度;槽长值增大,可以使燃烧面积的变化率减小;目标函数值的波动幅度减小,使燃烧面积的变化率减小,燃烧规律更趋于恒面性。

固体火箭发动机燃烧室压强及喷管扩张比优化设计

以固体火箭发动机冲质比为目标函数,采用复合形法优化技术,对在一定高度范围内工作的纤维缠绕壳体固体发动机的燃烧室平均压强和喷管扩张比进行了优化计算。该方法特别对第一级工作的发动机总体方案优化的初步设计具有重要的参考价值。

基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化

固体运载火箭设计属于典型的多学科设计问题,为提高固体运载火箭设计水平和缩短研制周期,提出了基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化方法。建立了固体运载火箭多学科系统分析模型,以卫星轨道设计计算得到的运载火箭关机点参数和最小火箭起飞质量为设计准则,采用物理规划方法构造系统级火箭总体设计优化模型,以发动机总体性能指标为设计准则,采用物理规划方法构造子系统级发动机设计优化模型。通过系统级总体设计优化和并行的子系统级发动机设计优化的嵌套循环,得到满足火箭运载能力的各级固体发动机最优设计结果,即得到内外弹道相匹配的发动机最优推力-时间曲线。

基于物理规划的固体火箭发动机不确定性优化设计

在基于建模与仿真的固体火箭发动机设计过程中客观存在许多不确定性,决策不确定性定义为设计与优化问题描述和决策过程中存在的模糊性。传统优化设计模型将优化设计问题作为确定性问题求解,可能会漏掉真正的工程实际可接受的最优结果。采用物理规划方法建立优化设计模型,可得到综合满足多个设计准则的Pareto解。以固体火箭发动机总体方案优化设计为例,证明了物理规划方法作为固体火箭发动机设计决策不确定性建模方法的有效性。

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。

固体火箭发动机设计优化参数驾驭技术与应用研究——设计空间确定算法及快速优化方法

设计空间确定算法首先指定一个粗略设计空间,然后利用设计优化驾驭机制逐步调整设计变量值,使其进入满足系统约束的"绿色走廊",最终获得各设计变量取值范围,即为有效设计空间。基于试验设计和坐标轮换法的设计优化参数驾驭快速优化方法,首先通过试验设计对设计空间进行粗略探索,优选较好的设计初始点;从得到的初始点出发,应用坐标轮换思想进行设计优化,其中设计变量优选顺序和单变量优化方向,由设计人员运用设计优化参数驾驭手段,融合设计知识经验进行,最终获得一个或多个较优解。用于高压强固体火箭发动机的设计优化,设计空间确定算法使有效设计空间大大缩小,优化效率提高34%。快速优化方法使设计优化过程完全透明,可用于发动机初步方案设计阶段,快速获得多组较优设计方案。

非线性主轴降维映射法在固体火箭发动机设计优化中的应用

为在二维或三维空间中表达固体火箭发动机高维设计空间,引入非线性主轴降维映射法对多维非线性设计优化问题进行降维处理。以某大型固体火箭发动机设计问题为例,将10变量4有效约束优化问题降维映射到二维空间进行研究,拟合的非线性主轴降维映射模型中,目标函数和约束函数的相对误差控制在1.5%以内。研究表明,非线性主轴降维映射法具有发现多变量非线性优化数学模型本征特性的特点,能对设计变量重要性排序;通过降维展示设计空间全景,为优化算法和优化初始点优选提供了直观、有力的工具;优化轨迹实时展示为优化算法性质研究及算法切换提供了依据;根据优化轨迹从优化结果在降维空间中的位置能够判断优化结果是否具有全局最优解特性。