国家自然科学基金(11272265)
- 作品数：9 被引量：321H指数：4
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- 相关机构：西北工业大学更多>>
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- 相关领域：航空宇航科学技术动力工程及工程热物理更多>>
- Kriging模型及代理优化算法研究进展被引量：291
- 2016年
- 代理模型方法由于能显著提高工程优化设计问题的效率,在航空航天及其他领域得到了广泛重视,并逐渐发展成为一类优化算法,本文称其为代理优化(SBO)算法。在现有的代理模型方法中,如多项式响应面、径向基函数、神经网络、支持向量回归、多变量插值/回归、多项式混沌展开等,源于地质统计学的Kriging模型具有代表性,是一种非常具有应用潜力的代理模型方法。以飞行器设计领域的优化问题为背景,介绍了Kriging代理模型及应用于优化设计的理论和算法的最新研究进展。首先,概述了Kriging模型的基本理论和算法,并讨论了影响Kriging模型鲁棒性和效率的几个关键性问题。其次,回顾了Kriging模型理论和算法研究的3个最新研究进展,包括梯度增强型Kriging、CoKriging和分层Kriging模型。而后,分析提炼了基于Kriging模型的代理优化算法的优化机制和优化框架,给出了"优化加点准则"和"子优化"的概念,并介绍了目前常用的几种优化加点准则及其相应子优化问题的求解与约束处理;同时,还介绍了最新提出的局部EI加点准则以及代理优化的终止条件。最后,介绍了代理优化在标准测试函数算例验证、飞行器气动与多学科优化设计典型算例确认方面的研究进展,并对当前存在的一些关键科学问题以及未来研究方向进行了讨论。
- 韩忠华
- 关键词：KRIGING代理模型飞行器设计
- 高超声速飞行器宽速域翼型/机翼设计与分析被引量：19
- 2018年
- 对于现代高超声速飞行器的设计而言,除了需要保证高超声速的性能外,还必须兼顾满足工程需求的亚跨超声速特性。首先,采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程流动求解器,结合基于Kriging模型的代理优化算法,开展了高超声速飞行器宽速域翼型的优化设计研究,设计出了一种下表面具有双"S"形特征的新翼型。综合性能评估结果表明,该翼型相比于常规的高超声速翼型,在跨声速和高超声速下具有更加优良的气动特性;其跨声速状态下的升阻比达到78.9,高超声速状态下的升阻比达到5.94,能够实现宽速域内良好的综合气动性能。其次,开展了仿德国"桑格尔号"(SANGER)空天飞机运载机机翼的气动特性研究,对配置宽速域翼型与常规高超声速翼型的机翼进行了气动力特性综合对比分析。结果表明,配置新翼型的机翼在宽速域范围内整体气动性能更优,说明所设计的宽速域翼型在三维机翼上也具有一定的实用价值。
- 孙祥程韩忠华柳斐宋科宋文萍
- 关键词：翼型设计气动优化设计高超声速飞行器计算流体力学
- 提高基于Adjoint方法翼型优化设计鲁棒性的研究被引量：4
- 2013年
- 通过引入线搜索方法,提高了基于Adjoint方法翼型优化设计的鲁棒性。针对给定的目标函数,推导了贴体坐标系下相应的Adjoint方程与边界条件的具体表达形式,以及梯度表达式。通过数值求解流动控制方程和Adjoint方程,得到目标函数对设计变量的梯度,并采用线搜索方法获得最优步长,由此提高了优化算法的鲁棒性。算例表明,线搜索方法可以自动寻找最优的步长,有效解决了传统的取常数步长优化步长选取受到限制,优化结果受步长影响的问题,使得优化方法对步长的依赖性变小,提高了基于Adjoint方法翼型优化设计的鲁棒性。
- 樊艳红宋文萍韩忠华
- 关键词：气动优化设计
- 适用于中程民机的前掠自然层流机翼设计被引量：2
- 2017年
- 层流减阻技术是未来最具潜力和效果最显著的民机减阻技术之一。但是,对于中程民机而言,由于其在高亚声速和高雷诺数下飞行,为了在后掠机翼上维持大范围的自然层流,避免CF(横流)不稳定扰动波导致的层流提前转捩,其机翼前缘后掠角一般小于20°,导致巡航马赫数一般无法超过0.75。而机翼前掠可以有效地克服该缺陷,更有利于在维持大范围自然层流的同时提高巡航马赫数。借助耦合e^N转捩预测的RANS方程流动求解器,开展了适用于高亚声速中程民机的前掠自然层流机翼的初步设计研究,并使用基于代理模型的高效全局优化方法进一步开展了机翼优化设计研究。结果表明,在马赫数0.79时优化机翼上下表面均能维持50~60%的自然层流,且激波强度较小。
- 许朕铭韩忠华陈静朱震宋文萍
- 关键词：前掠翼机翼设计
- 基于梯度增强型Kriging模型的气动反设计方法被引量：14
- 2017年
- 基于Kriging模型的代理优化算法目前在气动优化设计中得到了广泛应用。但在高维(设计变量大于30个)气动优化中,计算量过大的问题对其进一步发展产生了严重制约。将翼型和机翼气动反设计问题转化为优化问题,采用Adjoint方法进行快速梯度求解,利用基于梯度增强型Kriging(GEK)模型的代理优化算法分别开展了18、36和108个设计变量的气动反设计。首先,通过采用在设计空间局部建立GEK模型的方法成功地将基于代理优化算法的气动反设计问题的维度拓展到了100维以上。其次,研究了梯度计算精度对基于GEK模型的反设计的影响,发现梯度精度越高,反设计的最终效果越好,同时效率相当。最后,通过不同维度的气动反设计算例,比较了改进拟牛顿法(BFGS)、基于GEK模型和Kriging模型的代理气动反设计方法,结果表明基于GEK模型的代理优化算法的效率大幅度高于基于Kriging模型的代理优化算法,并且维度越高,效率优势越明显;同时,基于GEK模型的代理优化算法在优化效果及分析程序调用次数上相比于BFGS方法也略有优势。
- 韩少强宋文萍韩忠华王乐
- 关键词：KRIGINGBFGS翼型反设计
- 基于XML语言和代理模型的翼型通用气动数据库技术被引量：1
- 2013年
- 建立翼型气动数据库对翼型的选择和设计具有重要的意义。本文基于一种建立翼型通用气动数据库的思想,介绍该数据库的基本框架和基本功能;该数据库采用一种基于可扩展标记语言的通用数据格式进行存储,包含翼型几何特性数据、不同流动状态下力系数、物面压力分布等各种气动数据,并且还可提供灵活多样的数据处理功能;采用代理模型和变可信度模型技术,实现气动数据快速检索和插值功能。通过DU93-W-210翼型算例初步表明如何实现气动数据生成和快速插值,从而初步展示了所提出翼型气动数据库技术的可行性。
- 潘启元韩忠华宋文萍
- 关键词：翼型代理模型数据库技术
- 基于代理模型的低声爆优化设计方法
- 发展低声爆优化设计方法,对于未来超声速客机研究而言,具有重要的理论意义和工程应用价值。国内有人将声爆预测算法与遗传算法相结合,形成了低声爆布局混合优化方法;国际上也有研究者将基于Adjoint的梯度化方法或其他优化方法(...
- 乔建领韩忠华
- 关键词：代理模型遗传算法梯度优化
- 文献传递
- 平底后缘风力机翼型的优化设计被引量：2
- 2015年
- 应用基于代理模型的优化方法对35%相对厚度、后缘安装隔板的平底后缘风力机翼型进行优化设计。基于雷诺平均Navier-Stokes方程,采用耦合γ-_(eθ)转捩模型的SST k-ω湍流模型,对平底后缘翼型绕流进行数值模拟得到翼型的气动性能。以翼型在大迎角下的升力系数和截面惯性矩为目标,阻力系数和力矩系数等为约束,对平底后缘翼型进行优化设计;结果表明,优化后翼型在满足约束条件的同时,迎角17°时,升力系数提高8.53%,最大升力系数较基准翼型提高3.13%,截面惯性矩较基准翼型提高7.84%。
- 黄意坚宋文萍韩忠华余雷
- 关键词：NAVIER-STOKES方程代理模型
- 梯度增强的Kriging模型与Kriging模型在优化设计中的比较研究被引量：7
- 2015年
- 在许多工程优化设计问题中,由于需要采用费时的数值模拟方法获得目标函数和约束函数值,出现了优化时间过长、优化难度大的问题。为了提高设计效率,缩短优化设计周期,代理模型方法受到人们的欢迎。近些年来,为了进一步提高设计效率,人们在传统代理模型基础上又发展了一些更高效、预测精度更高的新型代理模型,如变可信度模型、梯度增强的代理模型等。为了研究新型代理模型在优化设计中的优化效率和优化效果,首先结合代理模型、多点加点准则及多种传统优化算法,发展了一套适用于代理模型、梯度增强的代理模型的通用优化算法框架,基于该框架,采用典型的数值算例对当前应用较为广泛的Kriging模型和近些年来发展的梯度增强的Kriging模型进行了对比研究。结果显示,在假定目标函数的梯度与目标函数计算量相同的情况下,采用梯度增强的Kriging模型得到的优化结果在绝大多数情况下都优于采用Kriging模型得到的结果。最后,应用翼型设计算例对两种代理模型进行了对比,其中目标函数的梯度采用与目标函数本身计算量基本一致的Adjoint方法获得;结果显示,梯度增强的Kriging模型表现优于Kriging模型。
- 刘俊宋文萍韩忠华王乐
- 关键词：优化设计代理模型KRIGING模型气动优化设计
- 基于代理模型的飞翼多目标气动优化设计被引量：4
- 2015年
- 针对飞翼布局飞行器,采用雷诺平均N-S方程(RANS)计算流场,使用基于代理模型的多目标优化方法进行了同时考虑起飞性能和巡航性能的多点多目标气动优化设计。在设计过程中,将飞翼的平面形状、剖面形状及扭转角同时作为设计变量(共58个设计变量),将提高起飞时的升力系数和提高巡航升阻比为设计目标,以起飞状态和巡航状态的力矩系数作为气动约束,并以飞翼平面面积不减和剖面厚度不减作为几何约束。通过采用基于Kriging模型的多目标优化方法,以较小的计算花费得到了较好的Perato前沿。取Pareto前沿中一个最优解与基准外形的性能进行了对比,结果显示,优化外形的性能较基准外形的气动性能得到全面大幅提高且所有约束得到严格满足。
- 刘俊宋文萍韩忠华
- 关键词：飞翼多目标KRIGING模型PARETO前沿N-S方程
