飞行器概念设计中多学科优化模型的研究

多学科优化技术的发展有效地提高了飞机的设计水平,同时提高了设计人员对非常规布局飞机的设计能力。以一种双后掠飞翼布局飞机为研究对象,建立新的优化模型对其进行气动、结构优化。优化过程分为系统级优化和学科级优化。在系统级优化中,航程定义为飞机全局性能指标。在学科级优化模型中,把升阻比和展向气动载荷分布的综合气动性能作气动学科优化目标,结构重量作为结构优化目标。优化结果表明,优化模型可以高效的运行,优化方案更接近最优解。     

连翼布局飞机的研究进展与总体方案探讨

连翼布局飞机在气动与结构有多种优点,国内外对该布局进行了大量研究,本文主要对影响连翼布局飞机气动特性的关键参数进行了分析,设计了小型试验样机,分析其稳定性,并进行遥控试飞验证,为连翼布局飞机设计提供参考。     

基于网格计算的飞机气动与隐身综合优化设计

针对飞机气动与隐身综合优化设计优化提出一种遗传算法计算模型.在此模型基础上,基于网格技术将分布的计算资源整合为高性能计算环境,以网格服务方式提供统一的资源服务和可视化的用户使用环境,实现多目标优化设计网格,解决飞机设计中遇到的气动与隐身综合综合优化问题.首先对系统体系结构以及多目标遗传算法做出较详细的描述,然后以飞机气动与隐身综合优化设计为例进行计算.结果证明,该系统大大缩短了计算时间,具有良好的并行加速效果,系统优化参数结果满意度很好.     

基于非对称模糊优化模型的多学科协同满意优化

协同优化(CO)作为一种多学科设计优化(MDO)方法,包括两级优化:系统级和若干个学科级.然而工程设计实践中往往存在很多不确定因素,而且互相冲突的多个优化目标的存在,进一步增加了CO建模的求解复杂性.采用模糊截集水平法为各个学科设计了非对称CO模型,扩展了学科分析模块,使学科级能独立获取本学科最优的截集水平,以构造相应决策空间.利用满意度原理设计了学科级优化的目标函数,并将其作为一致性方程的组成部分传递到系统级.系统级在满足一致性约束的同时,最大化综合满意度方程,使所有学科同时获得最满意的优化解.电子封装问题的多学科协同满意优化实例表明该方法是行之有效的.     

氢动力固定翼无人机气动布局的气动特性评估

以长航时氢能源混合动力固定翼无人机气动布局选型为研究需求,针对某设计方案开展了气动特性的数值模拟研究,以期为气动布局设计的评估和改型工作提供数据支撑。研究中分析了11个迎角(范围-6°～14°)状态下的气动力数据,比较了两种湍流模型下的计算结果,得到了该气动布局的升阻力特性曲线,并对SST k-ω模型下的速度场、流线、压力云图、压力曲线分布等流动细节进行了分析。结果显示:该无人机的气动性能较高,当迎角α=4°时能实现最大升阻比为14.5,失速迎角为8°,设计基本符合要求。同时,流场中涉及的速度、压力、流动分离等分布特征对进一步优化该款无人机的气动性能具有重要意义,为飞机气动布局方案的后续改进提供了依据。     

基于支持向量回归机和粒子群算法的改进协同优化方法

研究基于支持向量回归机和粒子群算法的改进协同优化方法.阐述了协同优化方法和支持向量回归机方法基本原理,为有效解决系统级优化协调困难问题,改善收敛性能,提高收敛速度,采用支持向量回归机构造系统级约束条件的近似模型,引入粒子群算法求解系统级和学科级优化问题.仿真计算结果表明,设计的协同优化方法可有效求解多学科设计优化问题,...     

基于高精度模型的机翼气动结构多学科设计优化方法

利用低自由度协同优化方法对轻型飞机机翼进行了气动/结构多学科设计优化,气动和结构两个子系统实现了并行,其中气动分析采用CFD软件Fluent,结构分析优化采用有限元软件MSC.Patran＆Nastran。建立了基于Catia、Gambit和Fluent等通用软件的气动自动化分析模型。提出了利用三系数四次响应面模型拟合机翼上的升力分布以实现不同子系统并行和气动力的传递。以气动自动化分析模型和三系数四次响应面气动载荷分布模型为基础,提出了面向高精度气动分析的气动分析代理模型的建立方法。机翼优化结果表明LDFCO/V1方法可以成功地利用高精度模型实现机翼气动/结构多学科设计优化。     

集中供热系统优化设计模型及应用

对集中供热系统的优化设计方法进行了研究, 提出了适用于集中供热系统的两级优化规划方法, 即第一级的布局优化和第二级管网的多目标优化方法.根据最优化理论建立的布局优化和管网系统多目标优化通用模型及采用的求解方法,适用于所有具有"管-站"网络特征的系统.运用方法对辽河油田振兴区集中供热改造工程进行了优化设计,取得了较好效果.对改进供热系统设计水平、提高企业经济性具有指导意义.     

兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化

为了提高兆瓦级风电机组风力桨叶整体性能,以兆瓦级风电机组风力桨叶气动性能、质量、桨片根部的极限推力和噪声水平为目标函数建立多学科设计优化模型,并充分考虑各学科之间的耦合效应,采用自适应混沌优化算法对多学科设计优化模型进行求解.研究结果表明:兆瓦级风电机组风力桨叶风能利用系数Cp增加12.5％,质量M减小11.00％,桨叶根部的极限推力载荷F减少12.60％,噪声Stotal减小10.48％;兆瓦级风电机组风力桨叶翼型的升力系数和气动性能得到了较大优化.     

微型飞机机翼平面布局的风洞试验研究

介绍了常用的15种微型飞机机翼平面布局在西北工业大学低湍流度风洞进行风洞试验研究的情况。研究目的是探索微型飞机的风洞试验技术和获得各种微型飞机布局的低雷诺数气动特性。着重研究了风速、迎角对微型飞机各布局气动特性的影响。研究结果表明：风洞试验是研究与微型飞机有关的低雷诺数气动特性问题的有效而又切实可行的途经;八面形布局具有较高的升阻比和升力系数,是微型飞机理想的设计选择。试验结果可供微型飞机设计参考。     

三发矢量动力无舵面飞翼的技术验证

随着现代飞机设计技术的进步,传统的飞机布局和设计方法已经不能满足对飞机性能多样化的需求。而目前普遍飞行器的姿态控制都是依靠飞行器的舵面来完成的,但是传统舵面会带来隐身性降低、结构重量大、检修维护繁琐等诸多问题。为了提高控制飞行姿态的效率,该文在参考国内外飞翼布局飞行器的基础上设计并制作一款三发矢量动力无舵面飞翼验证机,验证飞行器的矢量动力装置代替飞行器舵面的能力。随着航空技术的发展,矢量推进技术越来越受到各个国家的重视,矢量技术可以提升飞机的机动性,抗失速性能,而无尾飞翼布局同样也受到航空界的广泛关注。该文将无尾飞翼布局与矢量推进技术相结合提出完全无舵面飞翼的设想,简化飞机结构,优化了整机的气动设计与结构架设。随着技术的发展,搭载了矢量动力系统的智能化飞行器将有一定前景。     

飞翼布局气动设计要点研究

飞翼布局(FLYING-WING)作为一种非常规气动布局,有着传统气动布局无可比拟的优势,因此成为未来飞行器理想气动布局之一.对飞翼布局的气动特性进行了分析,提出了飞翼布局飞机的气动设计要点,并利用算例对这些设计要点进行了验证,结果表明该设计思路具有一定的可行性.     

车用燃料电池空压机叶轮多工况气动优化设计

针对燃料电池离心空压机工况多变、过高压比导致燃料电池系统寄生功率过大的问题,基于参数化建模、拉丁超立方抽样、径向基函数神经网络和多目标灰狼优化算法,提出了多目标多工况带约束的燃料电池空压机叶轮气动优化设计方法,自主开发数值程序实现了气动优化的完整设计流程。以某两级燃料电池离心空压机叶轮为优化对象,采用拉丁超立方抽样获得叶轮关键设计变量的样本空间,基于自主流场分析程序计算叶轮样本对应的气动性能目标参数,在此基础上运用神经网络程序建立流场分析代理模型,以设计工况效率及非设计工况效率和压比为目标、设计压比为约束,运用多目标灰狼算法程序进行了叶轮气动设计的多工况多目标全局寻优。计算结果表明,拉丁超立方抽样实现了样本点在设计变量空间的均匀分布,运用神经网络建立的代理模型能够准确描述设计变量与性能目标间的映射关系,与流场计算所得性能目标的最大误差均小于1%,寻优计算获得了设计压比约束下的最优效率及相应的叶轮型线,优化后设计和非设计工况点的叶轮流场低速区减小、熵增降低,两级叶轮设计工况点的等熵效率分别提高2.2%和2%,非设计工况点的效率分别提高2.9%和2.2%。     

民用飞机翼根整流罩结构密封优化设计研究

飞机飞行时,机身与机翼之间会产生复杂的相互干扰,给飞机气动特性带来不利影响。为避免此干扰对飞机主结构带来危害,现代飞机设计中普遍是通过增加翼身整流罩来解决问题。因此,翼身整流罩结构的细节设计就尤为重要,本文通过对现役机型翼根整流罩设计实例的分析研究,提出对此类结构细节设计中密封件优化设计的建议,使得翼身整流罩在达到翼根处整流的气动设计目标的同时避免结构受到破坏。     

不同布局无人作战飞机电磁隐身性能分析

无人作战飞机是当前研究热点之一,为研究不同气动布局无人作战飞机的隐身性能,分别建立常规布局A、无尾飞翼布局B、三角形飞翼布局C的电磁模型。采用物理光学法,计算了不同状态的RCS（Radar Cross Section）散射曲线并分析了分布特点、频率及俯仰角响应特性。结果表明,无人作战飞机的电磁散射特性取决于气动布局和结构形式,也与机翼前后缘、机身、进气道、尾喷口、垂尾等细节设计相关,布局A在前后向均有散射波峰,而采用外形隐身技术的布局B、C无明显散射波峰;频率增加时,各布局不同角域RCS均值减小,布局C前向角域最低为-34.308 7 dBsm,俯仰角变化时,受布局结构外形设计影响,算术均值呈振荡变化;布局C在前、后向角域具有最好的多频隐身性能,布局B在前向角域的不同俯仰角隐身性能较好,布局A隐身性能较差。     

车身后部结构气动性能自动优化及其工程应用

车身后部结构特征对整车的空气动力学性能有重要的影响。为研究车身后部各结构变化对轿车尾部流场的影响规律及各设计变量之间的相关性,并在此基础上对车身后部结构参数进行优化,以提高轿车的空气动力学性能。通过运用网格自适应方法和集成仿真软件STAR CCM+进行试验设计;并建立近似模型探索以整车气动性能为目标的车身后部各结构参数的最佳组合。结果表明:与传统车身优化方法相比,运用网格自适应方法、试验设计方法和近似模型相结合进行车身优化,大幅度减少了车身优化的时间,且优化效果良好。优化车身后部结构参数,能明显改善尾部流场结构,提高整车的气动特性。     

基于HyperMesh二次开发的复合材料机翼结构优化设计

针对复合材料飞机机翼结构设计具有设计变量与约束条件多的特点,而使用手工方式建立优化模型不仅耗时费力而且容易出错且不利于机翼结构设计的修改和管理的状况,在飞机总体外形和骨架确定的条件下,给出了一种基于HyperMesh二次开发的飞机复合材料机翼结构优化设计方法,即:使用HyperMesh二次开发语言批量创建属性、优化设计变量、响应与约束,快速建立有限元模型及优化模型,从而提高了建模效率.通过提交optistruct优化计算,得出在该布局条件下机翼结构满足各项约束条件的最优尺寸和质量,最终实现机翼结构质量降低16. 6%,验证了使用HyperMesh二次开发完成飞机复合材料机翼结构优化设计的有效性和实用性.     

水上飞机浮筒布局形式对气动特性影响

水上飞机具有浮筒等水动结构,其气动外形相对于一般陆基飞机更加复杂,因此其布局设计应充分考虑到水动布局与气动布局之间的匹配性和协调性。为研究不同浮筒形式对水上飞机气动特性的影响,通过T-REX网格技术生成高质量带粘性附面层的非结构网格,采用基于有限体积方法的FLUENT软件和RNS+SST k-ω模型对流场进行离散求解,分别对低速翼型NACA4412和某轻型水上飞机的气动力特性进行预测和验证,数值计算结果与试验数据吻合性较好,表明该数值计算方法适用于水上飞机气动力特性预测与分析。并基于此方法对无浮筒、翼梢浮筒和鳍式浮筒三种构型的气动力特性进行预测,对比分析了不同浮筒布局形式对水上飞机气动特性的影响。数值计算结果表明,翼梢浮筒距离机翼和机身较远且体积较小,对飞机气动力特性影响较小,而鳍式浮筒由于体积较大且距离机身较近,因此对气动力特性影响较大,特别是大迎角范围内。     

公选科级领导干部综合科目试卷结构统计分析

以Z市H区公选科级领导干部的综合笔试试卷为样本,运用考试统计分析方法,对公选科级领导干部综合科目笔试试卷结构的组成要素进行了综合分析,探讨了公选科级领导干部综合科目笔试试卷结构的设计原则和依据,从目标结构、内容结构、题型结构、难度结构、分数结构和时限结构6个方面构建了设计模型.     

某型燃料电池飞机气动布局方案对比

以某型四座电动飞机为平台,进行推进系统改装燃料电池的飞机气动布局方案设计,分别形成反应堆及储氢罐均内置、反应堆内置储氢罐外挂、反应堆及储氢罐均外挂三种气动布局方案。通过计算流体力学软件进行数值仿真,从升阻特性,纵向及横航向静稳定性等方面对三种方案进行了气动特性分析。分析结果表明,反应堆及储氢罐均内置方案升阻特性最优,反应堆内置储氢罐外挂、反应堆及储氢罐均外挂方案分别会引起巡航状态阻力系数0.004及0.007量级的增大;两种采用外挂气动布局的方案其横向静稳定性相对内置布局均有所提升,纵向及航向静稳定性变化较小。对比风洞试验结果证明了仿真结果的准确性。本研究在燃料电池飞机气动布局设计方面进行了有益探索,具备一定的工程参考价值。