基于代理模型的高效气动优化与高维多目标问题研究
发布时间：2023-04-07 21:45
在现代飞行器设计中,结合CFD(Computational Fluid Dynamics)技术与数值优化理论的气动外形优化设计方法已经成为提升飞行器气动性能非常重要的手段。基于代理模型的优化方法由于具备高效全局优化以及处理多目标问题的能力,在气动外形优化设计领域占有举足轻重的地位。随着设计师对卓越气动性能的不断追求,气动优化设计问题的复杂性日益凸显,基于代理模型的气动优化方法面临着新的问题和挑战。从设计空间层面来看,设计对象需要充足的变形范围(尺度)以满足全局优化和创新设计的要求,同时需要足够的设计变量数目(维度)以实现对复杂外形的精确控制。设计空间尺度和维度的增加会导致设计空间急剧膨胀,从而给代理模型气动优化的效率和能力带来严峻的考验。从目标空间层面来看,设计对象需要更多的优化目标以应对飞行器愈加苛刻的性能指标。目标空间维度的增加会导致多目标优化算法的性能急剧下降以及Pareto最优解集可视化的难度增大。围绕上述问题,本文对基于代理模型的高效气动优化与高维多目标问题开展了研究,首先研究了基于代理模型气动优化的基本方法和关键技术,然后对代理模型气动优化方法所面临的设计空间尺度、维度以及...
【文章页数】：190 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景
1.2 基于代理模型气动优化设计的关键技术
1.2.1 外形参数化方法
1.2.2 网格变形技术
1.2.3 代理模型方法
1.2.4 数值优化方法
1.2.5 基于代理模型的加点优化方法
1.3 基于代理模型气动优化设计方法面临的问题与挑战
1.3.1 设计空间的尺度问题
1.3.2 设计空间的维度问题
1.3.3 目标空间的维度问题
1.4 论文的主要工作
第二章 外形参数化方法与网格变形技术
2.1 外形参数化方法
2.1.1 基函数线性叠加类翼型参数化方法
2.1.2 基于多块控制框的FFD参数化方法
2.2 网格变形技术
2.2.1 耦合四元数的IDW动网格方法
2.2.2 适用于多块结构网格的加速变形策略
2.2.3 三维复杂构型网格变形算例
2.3 小结
第三章 基于代理模型的气动优化设计方法
3.1 气动特性数值计算方法
3.1.1 控制方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 离散求解
3.1.4 数值验证
3.2 优化搜索算法
3.2.1 单目标粒子群算法
3.2.2 多目标粒子群算法
3.3 代理模型方法
3.3.1 试验设计方法
3.3.2 Kriging代理模型
3.3.3 Kriging模型精度的影响因素研究
3.3.4 基于HDMR的代理模型构建方法
3.4 基于代理模型的加点优化方法
3.4.1 MP加点准则
3.4.2 EI加点准则
3.4.3 混合加点方法
3.4.4 约束处理方法
3.4.5 多目标加点方法
3.5 基于代理模型的气动优化设计算例
3.5.1 NACA0012 翼型单目标优化
3.5.2 RAE2822 翼型单目标优化
3.5.3 RAE2822 翼型多目标优化
3.6 小结
第四章 自适应设计空间扩展的气动优化设计方法
4.1 传统代理模型气动优化设计方法的局限性
4.2 扩展设计空间
4.3 自适应设计空间扩展的气动优化设计方法
4.4 自适应设计空间气动优化设计算例
4.4.1 NACA0012 翼型自适应设计空间优化
4.4.2 RAE2822 翼型自适应设计空间多目标优化
4.5 小结
第五章 有效设计空间缩减的气动优化设计方法
5.1 高维设计空间代理模型优化的问题
5.1.1 设计空间维度对代理模型气动优化的影响
5.1.2 高维设计空间问题的解决方法
5.2 有效设计空间的提取和重构
5.2.1 K-L变换
5.2.2 有效设计空间的提取
5.2.3 有效设计空间的重构
5.3 有效设计空间缩减的气动优化设计方法
5.3.1 函数优化测试
5.3.2 翼型优化测试
5.4 考虑配平的机翼-机身-平尾构型气动优化设计
5.5 小结
第六章 高维多目标气动优化设计与可视化方法
6.1 高维多目标优化问题
6.1.1 求解高维多目标优化问题的困难
6.1.2 高维多目标优化问题的处理方法
6.2 面向工程设计的高维多目标粒子群算法
6.2.1 MaOPSO的关键技术
6.2.2 MaOPSO算法流程
6.2.3 MaOPSO性能测试
6.3 基于SOM的高维Pareto前缘可视化方法
6.3.1 SOM网络基本原理
6.3.2 基于SOM的高维Pareto前缘可视化
6.4 高维多目标气动优化设计算例
6.4.1 旋翼翼型气动优化设计
6.4.2 战斗机翼型气动优化设计
6.5 小结
第七章 总结与展望
7.1 论文研究工作总结
7.2 论文的创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况
本文编号：3785379
【文章页数】：190 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景
1.2 基于代理模型气动优化设计的关键技术
1.2.1 外形参数化方法
1.2.2 网格变形技术
1.2.3 代理模型方法
1.2.4 数值优化方法
1.2.5 基于代理模型的加点优化方法
1.3 基于代理模型气动优化设计方法面临的问题与挑战
1.3.1 设计空间的尺度问题
1.3.2 设计空间的维度问题
1.3.3 目标空间的维度问题
1.4 论文的主要工作
第二章 外形参数化方法与网格变形技术
2.1 外形参数化方法
2.1.1 基函数线性叠加类翼型参数化方法
2.1.2 基于多块控制框的FFD参数化方法
2.2 网格变形技术
2.2.1 耦合四元数的IDW动网格方法
2.2.2 适用于多块结构网格的加速变形策略
2.2.3 三维复杂构型网格变形算例
2.3 小结
第三章 基于代理模型的气动优化设计方法
3.1 气动特性数值计算方法
3.1.1 控制方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 离散求解
3.1.4 数值验证
3.2 优化搜索算法
3.2.1 单目标粒子群算法
3.2.2 多目标粒子群算法
3.3 代理模型方法
3.3.1 试验设计方法
3.3.2 Kriging代理模型
3.3.3 Kriging模型精度的影响因素研究
3.3.4 基于HDMR的代理模型构建方法
3.4 基于代理模型的加点优化方法
3.4.1 MP加点准则
3.4.2 EI加点准则
3.4.3 混合加点方法
3.4.4 约束处理方法
3.4.5 多目标加点方法
3.5 基于代理模型的气动优化设计算例
3.5.1 NACA0012 翼型单目标优化
3.5.2 RAE2822 翼型单目标优化
3.5.3 RAE2822 翼型多目标优化
3.6 小结
第四章 自适应设计空间扩展的气动优化设计方法
4.1 传统代理模型气动优化设计方法的局限性
4.2 扩展设计空间
4.3 自适应设计空间扩展的气动优化设计方法
4.4 自适应设计空间气动优化设计算例
4.4.1 NACA0012 翼型自适应设计空间优化
4.4.2 RAE2822 翼型自适应设计空间多目标优化
4.5 小结
第五章 有效设计空间缩减的气动优化设计方法
5.1 高维设计空间代理模型优化的问题
5.1.1 设计空间维度对代理模型气动优化的影响
5.1.2 高维设计空间问题的解决方法
5.2 有效设计空间的提取和重构
5.2.1 K-L变换
5.2.2 有效设计空间的提取
5.2.3 有效设计空间的重构
5.3 有效设计空间缩减的气动优化设计方法
5.3.1 函数优化测试
5.3.2 翼型优化测试
5.4 考虑配平的机翼-机身-平尾构型气动优化设计
5.5 小结
第六章 高维多目标气动优化设计与可视化方法
6.1 高维多目标优化问题
6.1.1 求解高维多目标优化问题的困难
6.1.2 高维多目标优化问题的处理方法
6.2 面向工程设计的高维多目标粒子群算法
6.2.1 MaOPSO的关键技术
6.2.2 MaOPSO算法流程
6.2.3 MaOPSO性能测试
6.3 基于SOM的高维Pareto前缘可视化方法
6.3.1 SOM网络基本原理
6.3.2 基于SOM的高维Pareto前缘可视化
6.4 高维多目标气动优化设计算例
6.4.1 旋翼翼型气动优化设计
6.4.2 战斗机翼型气动优化设计
6.5 小结
第七章 总结与展望
7.1 论文研究工作总结
7.2 论文的创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况
本文编号：3785379
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sousuoyinqinglunwen/3785379.html
