气动外形优化设计中的不确定性及高维问题研究
发布时间：2022-07-20 15:19
结合计算流体力学和优化技术而形成的气动外形优化设计是支撑现代飞行器气动设计的可靠技术手段。经过40多年的发展,基于梯度的直接优化方法和基于代理模型的优化方法已经成功地应用于气动外形优化设计。但是,随着航空科技的发展,气动外形优化设计所面临问题的复杂性逐步提高,仍存在一些新的复杂问题尚待解决。本文主要关注如下两个问题:一、飞行器在设计和使用过程中,会遇到各种各样的不确定性因素。而传统的气动外形优化设计方法是确定性的优化设计方法,无法评估这些不确定性。对于气动设计中的不确定性问题,需要高效地定量评估不确定性因素对气动特性的影响;需要发展高效的基于不确定性的气动优化设计方法。二、随着气动设计中的工程问题越来越复杂,气动设计面临的设计参数大幅增多,使得气动外形优化设计成为高维、多峰值的非线性优化设计问题。从优化方法的角度讲,基于梯度的直接优化方法,很容易陷入某个局部极值。而基于代理模型的优化方法对高维的优化问题会出现模型精度难以保证,寻优难度大幅加大,计算量出现“维数灾难”等问题。因此,需要发展新的技术途径及方法来解决此类高维气动优化设计问题。本文的研究内容如下:（1）围绕气动优化设计中所存在...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 气动外形优化设计
§1.2 优化方法
§1.2.1 直接优化方法
§1.2.2 基于代理模型的优化方法
§1.3 气动外形优化设计中的不确定性问题
§1.3.1 气动特性的不确定性分析
§1.3.2 气动稳健性优化设计
§1.4 气动外形优化设计中的高维问题
§1.5 本文主要研究工作
第二章 气动外形优化设计的研究内容
§2.1 优化设计模型的确立
§2.2 气动力特性评估(CFD数值模拟)
§2.2.1 雷诺平均N-S方程
§2.2.2 流体控制方程的求解
§2.2.3 湍流模型
§2.2.4 定常流场计算验证
§2.3 气动外形参数化方法
§2.3.1 基于CST的翼型参数化方法
§2.3.2 基于CST的三维机翼外形参数化方法
§2.4 网格变形技术
§2.5 优化方法
§2.5.1 直接优化方法
§2.5.2 基于代理模型的优化方法
§2.5.3 进化算法
§2.6 本章结论
第三章 跨声速气动特性的不确定性及全局灵敏度分析
§3.1 不确定性分析
§3.1.1 不确定性来源及分类
§3.1.2 不确定性描述
§3.2 灵敏度分析
§3.2.1 局部灵敏度分析
§3.2.2 全局灵敏度分析
§3.3 不确定性分析方法
§3.3.1 蒙特卡洛方法
§3.3.2 混沌多项式方法
§3.4 考虑几何形状的气动特性的不确定性及灵敏度分析
§3.4.1 气动分析算例
§3.4.2 几何形状不确定性描述
§3.4.3 关于NIPC方法计算量的讨论
§3.4.4 气动特性的不确定性分析
§3.4.5 气动特性的全局灵敏度分析
§3.5 基于稀疏网格的混沌多项式方法及气动不确定性分析
§3.5.1 基于稀疏网格的混沌多项式方法
§3.5.2 气动特性的不确定性分析
§3.5.3 不同流动区域的随机气动特性分析
§3.6 本章结论
第四章 基于不确定性的气动稳健性优化设计方法研究
§4.1 稳健性优化设计
§4.1.1 稳健性优化设计问题的数学描述
§4.1.2 传统的稳健性优化设计方法
§4.2 自适应的稳健性优化设计方法
§4.3 气动稳健性优化设计
§4.3.1 定常流场求解
§4.3.2 气动稳健性优化设计问题描述
§4.4 稳健性优化设计结果及分析
§4.4.1 NIPC方法的计算效率及精度
§4.4.2 稳健性优化方法的效率和精度
§4.4.3 稳健性优化设计的气动特性
§4.5. 本章结论
第五章 气动外形优化设计中的高维问题优化方法研究
§5.1 基于POD与CST方法的参数空间变换方法
§5.1.1 POD方法介绍
§5.1.2 基于POD-CST的参数空间变换方法的构建
§5.1.3 RAE2822翼型跨声速减阻优化设计
§5.1.4 三维机翼的气动外形优化设计
§5.1.5 小结
§5.2 基于高维模型表示的气动优化方法研究
§5.2.1 高维模型表示
§5.2.2 基于Kriging模型的HDMR建模思路
§5.2.3 基于“教”与“学”模式的优化算法
§5.2.4 自适应的HDMR优化框架
§5.2.5 算例验证
§5.2.6 翼型、机翼跨声速气动外形优化设计
§5.2.7 小结
§5.3 本章结论
第六章 研究工作总结与展望
§6.1 本文研究工作总结
§6.2 本文创新点
§6.3 未来工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3664234
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 气动外形优化设计
§1.2 优化方法
§1.2.1 直接优化方法
§1.2.2 基于代理模型的优化方法
§1.3 气动外形优化设计中的不确定性问题
§1.3.1 气动特性的不确定性分析
§1.3.2 气动稳健性优化设计
§1.4 气动外形优化设计中的高维问题
§1.5 本文主要研究工作
第二章 气动外形优化设计的研究内容
§2.1 优化设计模型的确立
§2.2 气动力特性评估(CFD数值模拟)
§2.2.1 雷诺平均N-S方程
§2.2.2 流体控制方程的求解
§2.2.3 湍流模型
§2.2.4 定常流场计算验证
§2.3 气动外形参数化方法
§2.3.1 基于CST的翼型参数化方法
§2.3.2 基于CST的三维机翼外形参数化方法
§2.4 网格变形技术
§2.5 优化方法
§2.5.1 直接优化方法
§2.5.2 基于代理模型的优化方法
§2.5.3 进化算法
§2.6 本章结论
第三章 跨声速气动特性的不确定性及全局灵敏度分析
§3.1 不确定性分析
§3.1.1 不确定性来源及分类
§3.1.2 不确定性描述
§3.2 灵敏度分析
§3.2.1 局部灵敏度分析
§3.2.2 全局灵敏度分析
§3.3 不确定性分析方法
§3.3.1 蒙特卡洛方法
§3.3.2 混沌多项式方法
§3.4 考虑几何形状的气动特性的不确定性及灵敏度分析
§3.4.1 气动分析算例
§3.4.2 几何形状不确定性描述
§3.4.3 关于NIPC方法计算量的讨论
§3.4.4 气动特性的不确定性分析
§3.4.5 气动特性的全局灵敏度分析
§3.5 基于稀疏网格的混沌多项式方法及气动不确定性分析
§3.5.1 基于稀疏网格的混沌多项式方法
§3.5.2 气动特性的不确定性分析
§3.5.3 不同流动区域的随机气动特性分析
§3.6 本章结论
第四章 基于不确定性的气动稳健性优化设计方法研究
§4.1 稳健性优化设计
§4.1.1 稳健性优化设计问题的数学描述
§4.1.2 传统的稳健性优化设计方法
§4.2 自适应的稳健性优化设计方法
§4.3 气动稳健性优化设计
§4.3.1 定常流场求解
§4.3.2 气动稳健性优化设计问题描述
§4.4 稳健性优化设计结果及分析
§4.4.1 NIPC方法的计算效率及精度
§4.4.2 稳健性优化方法的效率和精度
§4.4.3 稳健性优化设计的气动特性
§4.5. 本章结论
第五章 气动外形优化设计中的高维问题优化方法研究
§5.1 基于POD与CST方法的参数空间变换方法
§5.1.1 POD方法介绍
§5.1.2 基于POD-CST的参数空间变换方法的构建
§5.1.3 RAE2822翼型跨声速减阻优化设计
§5.1.4 三维机翼的气动外形优化设计
§5.1.5 小结
§5.2 基于高维模型表示的气动优化方法研究
§5.2.1 高维模型表示
§5.2.2 基于Kriging模型的HDMR建模思路
§5.2.3 基于“教”与“学”模式的优化算法
§5.2.4 自适应的HDMR优化框架
§5.2.5 算例验证
§5.2.6 翼型、机翼跨声速气动外形优化设计
§5.2.7 小结
§5.3 本章结论
第六章 研究工作总结与展望
§6.1 本文研究工作总结
§6.2 本文创新点
§6.3 未来工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
致谢
本文编号：3664234
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