气动优化

摘要： 户外大型单立柱广告牌属于风灾易损性结构,为优化其在最不利风向角下风压分布和风阵响应,基于空气动力学原理,利用Fluent分析软件对广告牌结构的风荷载特性进行数值模拟,并与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性.在此基础上,基于不同矢跨比设计6种单立柱三面广告牌形状优化方案进行对比分析.结果表明:各面板负风压最大值均出现在侧面及面板边缘处,其绝对值大小为最大正风压值的2倍;对比形状优化后的模型,发现外凸形相对于内凹形而言有明显的减风压优势;当结构为外凸形矢跨比S/L=1/9时,最大正风压和最大负风压值均在1000 Pa左右,相比平面广告牌,结构所受的压力与吸力作用比较均衡,很大程度上减少了结构上的极值风压,为最优工况.

摘要： 在对涡轮通道进行优化和修正时,需要考虑热载荷和离心载荷的影响,才可获得较优的涡轮气动性能。从实际工程问题出发,采用数值模拟手段,在考虑上述因素影响的基础上,研究高导叶片的流道高度和尾缘气膜冷却劈缝局部修型对涡轮性能的影响规律。结果表明:最佳流道应在设计基础上扩张1.6%,可使涡轮效率提高0.25%,高涡功率提升0.6%;而尾缘气膜冷却劈缝的距离会影响压力面载荷分布,从而影响涡轮气动性能,存在最佳的劈缝距离使得涡轮气动效率最优。

摘要： 针对滑翔制导炮弹的气动、弹道设计问题,为有效提高炮弹的滑翔性能,本文研究了一种气动-弹道综合优化方法。该方法采用工程算法进行气动分析,采用自适应配点的Radau伪谱法进行弹道分析,可综合考虑气动外形的静态参数优化和滑翔过程中攻角控制规律的动态优化;利用Kriging模型建立了炮弹外形参数和性能指标(如射程、飞行时间等)之间的映射关系,实现了外形优化和弹道优化的紧密耦合,并利用组合加点准则不断更新模型直至收敛得出最优外形和最优弹道。本文分别以射程最大和飞行时间短/控制能量消耗小为目标函数,对某滑翔制导炮弹的鸭舵、尾翼外形参数进行综合优化。仿真结果表明,相较于基准方案,综合优化方案有着更优异的弹道性能,其中Opt-1方案使射程提高了37.8%,Opt-2方案在攻击固定目标时能有效减少飞行时间并使控制能量消耗降低46%,验证了该气动-弹道综合优化方法的可行性和有效性。

摘要： 先进旋翼翼型设计是典型的多设计点、多目标优化问题,常规优化方法已无法满足翼型高维多目标优化设计的要求。基于分解的多目标优化算法(MOEA/D),建立了考虑高低速升阻特性、力矩特性、阻力发散特性等的旋翼翼型高维多目标优化设计方法,并采用高精度kriging模型以提高优化设计效率。针对旋翼内段、中段翼型进行了5个设计目标的全局优化设计,采用自组织图映射(SOM)方法对最优Pareto解集进行了聚类分析。典型翼型CFD结果分析表明,中段翼型低速力矩系数幅值减小约50.7%,高速最大升力系数提高约6.5%,最大升阻比提高约7.7%,同时阻力发散特性得到改善,内段翼型同样取得了良好的多目标优化效果。研究表明,MOEA/D算法对高维多目标气动优化设计问题具有很好的适应性,能有效提升旋翼高低速气动性能设计的能力。

摘要： 针对设计工况为Re=1×10^(6)的翼型在2°和8°两种迎角下的气动性能进行综合优化,提升其在巡航与起飞着陆时的性能。利用气动估算软件Xfoil结合NACA 4位数参数化方法进行翼型初步优化,缩小优化空间,减少计算量。通过求解Reynolds平均Navier-Stokes方程的方式进行精确优化,最后利用Hicks-Henne形函数法对翼型表面施加扰动进行细节优化,弥补NACA 4位数参数化方法细节表现不足的缺点。实现了2°和8°两种迎角下气动性能普遍提升20%以上的效果,并发展了一种复合参数化方法下基于改进进化算法的多目标、多步骤气动优化方法。

摘要： 传统气动优化设计需要大量CFD分析,而代理优化(SBO)方法能够有效降低CFD分析次数,但该方法并没有改变单次CFD分析时间。提出一种基于本征正交分解—反向传播神经网络(POD-BPNN)模型的热启动策略,并应用于气动代理优化。使用POD-BPNN模型对SBO中的初始样本建立从几何设计变量到流场数据的预测模型;在SBO迭代过程中,使用该模型预测新样本的流场,并将其作为CFD分析的初场,进行热启动计算,获得新样本的数据;添加新样本数据到POD-BPNN建模样本并更新模型,直到优化结束,通过案例对该策略进行对比验证。结果表明:在跨声速翼型减阻优化设计中,基于POD-BPNN的热启动策略使得单次CFD计算时间降低68%,SBO的效率整体提升37%。

摘要： 对一预制舱变电站项目低矮建筑群中的综合舱进行了屋面角区无构件、附加新型三维曲面构件及传统女儿墙构件3种工况的风洞测压对比试验;选取其中0°,90°,30°三个典型风向角下综合舱屋面角区的峰值风压系数进行分析。结果表明:无附加构件时,3个风向角下综合舱屋面角区局部的峰值负压均较大,其中30°风向角下个别测点峰值负压系数极值可达-12.0,对围护结构风荷载设计最为不利;曲面构件及女儿墙构件均能不同程度减小屋面角区的风荷载,其中在30°风向角下,两者分别能将屋面角区几个风敏感测点处峰值负压系数的平均值减小为无构件工况下的46%和55%,表明本文设计的三维曲面附加构件效果相对较好,能更有效优化这一类低矮建筑屋面角区局部不利风荷载。

摘要： 增升装置设计作为大型客机设计的关键技术之一,其设计水平的提升将极大提高飞机的整体性能.虽然先进增升装置方案朝着简单形式发展,但其设计目标将结合气动、机构、结构、噪声等复杂考虑因素,以达到最优的综合性能和提高飞行的安全性、经济性和舒适性,是个高难度多学科多约束耦合的设计问题.结合气动优化、机构设计、一体化研究等多方面增升装置设计难点进行论述,并提出相应解决方案,最终完成气动/机构一体化设计.分别回顾了干净构型到巡航构型的外形设计方法;起降构型的气动评估、优化方法;增升装置位置表达方法和机构设计研究现状.最后阐述了气动/机构一体化设计方法的思想,总结了国内外在该方向所进行的研究和取得的成果.

摘要： 针对电动无人机应用于农业遥感监测时受其续航时间限制的问题,从实际应用角度出发,设计了一种续航时间长、适用于农业遥感监测的翼身融合布局的轻型电动固定翼无人机.提出了翼身融合布局轻型固定翼无人机的总体设计方法,确定了轻型固定翼无人机的结构参数,建立了物理模型并对其参数进行了优化分析.通过计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)分析计算了翼身融合布局轻型固定翼无人机的气动性能,基于流固耦合模型动态分析了其飞行状态下的受力分布.结果表明,优化模型较初始设计模型的升阻比提高了 2.6％,在迎角为6°、巡航速度为15.5 m/s时,所设计的翼身融合布局轻型固定翼无人机机身压力分布合理,且拥有良好的气动特性.起飞质量为1.5 kg时,无人机下表面压力最大,为143 Pa,升力主要集中在机翼前缘部分,计算所得理论续航时间为65 min,在巡航阶段最大变形量0.288 38 mm,符合飞行器工作条件,无人机结构和选用材料均满足设计和使用要求.本文设计的电动轻型固定翼农用遥感无人机在结构、材料和性能方面均适用于农业遥感监测.

摘要： 为研究城市轨道列车气动特性以及底部部件对列车气动特性的影响,针对三节车模型进行简化,保有底部部件较高完整性,采用Realizable k-ε湍流模型预测列车周围流场.数值计算结果表明:列车气动阻力分布呈现出尾车阻力最大,占三节车总阻力的48％;中间车阻力最小,占总阻力的14％.其中转向架分别占头车、中间车和尾车总阻力的15.1％,56.4％和23.0％.车底设备分别占头车、中间车和尾车总阻力10.5％,10.3％和8.6％.因此对于头车、尾车采取减阻方案首先是采用流线型头型的方式减少流动分离现象.对于中间车减阻方法则要首先针对底部部件,采取密封舱的方式减少其产生的压差阻力.通过优化列车头型发现列车气动特性得到明显的改善,其中列车头车、中间车和尾车阻力分别为原始情况下的61.4％,70.1％和58.3％.在流线型外形基础上进一步稳定列车底部区域流场也有效改善了底部区域部件气动特性.

摘要： 离散伴随气动优化设计方法研究作为飞行器气动外形设计的前沿方法,已经开始应用于工程型号任务的气动外形设计中.本文首先通过CRM机翼构型验证了开发的离散伴随压力分布反设计系统的正确性.随后在某宽体构型多点气动优化结果的基础上,通过引入压力分布反设计约束方法,改进多点气动优化后常出现的展向压力分布不连续及压力分布抖动等问题,取得了不错的减阻和阻力发散特性提升效果,提升了优化构型的工程适用性.

摘要： 当前气动数值优化设计方法在工程应用中有了广泛的应用,但是基于NS方程等的高精度优化设计目前还应用较少,面临的主要困难是计算量较大、工程约束条件较多,难以固化变成工程上方便使用的软件.本文基于这一现实开展了优化设计方法的软件实现研究,开发了一套软件,通过交互式操作实现了气动优化设计的全过程,极大的减小了设计者的工作量,具有较大的应用前景.算例验证了软件的应用效果.

摘要： 本文基于Kriging模型,结合均匀抽样试验方法、加点准则和NSGAII遗传算法发展了一种优化设计方法.对建立的Kriging模型,通过计算目标函数最小值(MP准则)、EI函数最大值添加新的样本点更新代理模型提高代理模型拟合精度.利用建立的优化设计方法,对RAE2822翼型分别进行了单目标和基于Pareto方法的多目标的减阻优化设计.优化结果显示,在满足约束的同时,优化后翼型的阻力系数明显减小.表明本文建立的优化系统可实现有效的翼型气动优化设计.

摘要： 本文基于适风设计思想,提出一种针对高层建筑的可调被动式气动抗风措施.通过在高层建筑外设置可伸缩的导流板来达到优化建筑气动特性的效果.与传统的建筑截面切削角、凹角等气动优化方法相比,设置可伸缩的导流板可避免改变建筑主体外形,从而避免了气动外形优化与建筑设计的矛盾.本文介绍了导流板设计的思路与主要过程,并通过风洞试验验证了两个典型方案的气动优化作用,同时对导流板尺寸与气动优化的关系进行了参数研究,给出设计建议.

摘要： 总结了若干种常见的超高层建筑气动优化措施.介绍了正方形截面角沿修正的测压试验结果,指出角沿修正降低了涡脱落引起的脉动风力强度,改变了脉动能量在频域的分布形态,对抑制建筑物的横风向响应起到了积极作用.以838m的长沙远大天空城市为例,介绍了气动优化在实际工程中的应用,指出截面沿高度的非对称设计可以有效的抑制规则涡脱落,避免脉动风力在某一特定频率上能量过于集中,从而减小了横风向风致响应.

摘要： 超高层建筑主要使用钢-混凝土混合结构；随着建筑结构高度的增加，巨型框架和巨型支撑应用较多；超高层建筑结构设计技术不断发展，新型设计技术主要包括气动优化技术、风振控制技术、耗能减震技术、高性能材料以及数字化技术。

摘要： 超临界翼型因其自身优势已经在现代飞机设计中发挥着重要作用,为了更高效地设计出高性能的超临界翼型,本文探究了RAE2822超临界翼型在优化减阻过程中设计空间的多极值特性.采用了AIAAAerodynamic Design Optimization Discussion Group(ADODG)的case2算例,并使用自由变形方法(FFD,Free-Form Deform)对翼型进行参数化,通过拉丁超立方(Uniform Latin Hypercube)抽样方法对翼型加入初始扰动,然后使用基于梯度的优化算法对经过不同扰动后的翼型进行优化,并将优化结果与全局优化算法的优化结果进行对比.结果表明ADODG case2是一个单峰值气动设计问题,梯度算法能够得到相对满意的最优解,并且有更高的优化效率,通过此算例也可以推断一般对于超临界翼型单点优化问题,设计空间是单峰值的,可直接使用梯度优化算法.

摘要： 离心压缩机叶轮的工作应力和变形直接影响着机组的运行可靠性和气动性能,采用流-热-固多物理场耦合分析方法,能够在更加真实的环境下对叶轮强度、变形进行校核.本文以某型蒸汽压缩机为研究对象,分别研究了气动载荷、离心力载荷和热载荷以及三者耦合作用下叶轮应力和变形的大小和分布,讨论了叶轮强度和变形的主要影响因素和规律.结果表明离心力主要决定了叶轮应力和变形分布,但采用耦合分析得到的叶轮应力和变形分布更加精确.同时以某鼓风机为例验证了双向耦合分析能够更加准确地预测工作状态下的气动性能.在此基础上,本文通过整机气动优化设计抑制了机组小流量工况流动分离引起的损失,提高了机组变工况性能,拓宽了高效稳定运行范围.

摘要： 开敞式悬挑建筑由于屋盖上下表面受风,某些角度下会产生上吸下压的叠加效应,在强风作用下易发生风致局部破坏,进而出现大面积破坏.本文采用风洞试验、CFD数值模拟和理论分析相结合的方法,选择月牙形及环形两种典型开敞式悬挑建筑对其屋盖表面风荷载特性进行深入研究,总结其风压分布规律,为开敞式悬挑屋盖前缘设置通风孔等气动优化措施提供参考依据.

摘要： 对某远程宽体客机的机身-机翼-平垂尾-发动机构型进行了考虑阻力发散特性的多点多目标气动/结构多学科机翼优化设计.为了满足宽体客机设计指标的巨大提升要求,必须打破传统设计中的学科界限,充分考虑静气动弹性对超临界机翼设计的影响.首先,使用紧耦合方法建立具有高可信度的气动/结构耦合分析方法,并利用DLR-F6翼身组合体构型对其进行精度验证.其次,以梯度类优化算法作为驱动,应用伴随方程方法建立了一套可处理大规模设计变量及设计约束的气动/结构优化设计方法.最后对某远程宽体客机构型进行了多目标气动/结构机翼减阻减重优化设计,优化结果在满足所设置的几何约束、阻力发散约束、力矩配平约束以及结构屈服强度约束的前提下,巡航状态阻力系数减小13.38counts,阻力发散特性得到改善.

摘要： 本申请提供了一种全局性气动弹性优化中的气动结构求解方法，所述方法包括：构建用于全阶气动/结构耦合求解的代理模型，所述代理模型具有设计变量及目标变量，通过气动求解与结构求解的相互迭代直至结果收敛能够获得目标变量，其中：根据设计变量的机翼弯曲变形和扭转变形及通过本征正交分解法求解得到机翼表面压力系数分布；传递所述机翼表面压力系数分布于结构有限元模型，并对所述结构有限元模型求解获得结构弹性变形，所述结构弹性变形包括机翼弯曲变形和扭转变形；将所述结构弹性变形插值到气动表面网格并更新气动网格，并再次通过本征正交分解法求解得到机翼表面压力系数分布；重复上述过程，直至气动流场及结构弹性变形均收敛。

摘要： 本发明提供一种能够在对风力机的叶片进行更全面的优化设计，从而在保证叶片拥有较高气动性能的同时、降低其所受的载荷的考虑气动效率与气动载荷的风力机叶片优化设计方法，包括如下步骤：步骤S1，确定叶片的设计工况以及该叶片的多个叶片截面的几何参数，并在设计工况下通过气动分析分别计算出各个叶片截面的气动性能；步骤S2，将叶片分为多个叶素，并基于动量‑叶素理论以及气动性能计算出叶片的受力情况以及输出功率，进一步以叶片的最小叶根弯矩与最大输出功率为优化目标来构建目标函数；步骤S3，采用多岛遗传算法对目标函数进行求解从而得到各个叶片截面的优化翼型以及优化安装角。

摘要： 本发明公开了一种可减小气动干扰不利影响的直升机气动布局优化方法。该方法针对风洞试验及CFD方法的不足，基于离散涡方法和面元法建立直升机的耦合气动干扰高精度分析模型，从而可以不通过风洞试验，只利用仿真计算就可考虑直升机气动干扰的影响，并相较于CFD大大降低了仿真模型对计算资源的需求，缩短了计算时间。为进一步减小计算量及寻优空间，通过参数化方法建立直升机机身外形的参数化模型并采用基于代理模型的组合优化方法，从而得到最优的直升机气动外形及布局，达到减小气动干扰以提高直升机飞行特性的目的。可以应用于直升机概念设计阶段以改善直升机飞行性能及配平、操稳特性。

摘要： 本发明提供一种能够在对风力机的叶片进行更全面的优化设计，从而在保证叶片拥有较高气动性能的同时、降低其所受的载荷的考虑气动效率与气动载荷的风力机叶片优化设计方法，包括如下步骤：步骤S1，确定叶片的设计工况以及该叶片的多个叶片截面的几何参数，并在设计工况下通过气动分析分别计算出各个叶片截面的气动性能；步骤S2，将叶片分为多个叶素，并基于动量‑叶素理论以及气动性能计算出叶片的受力情况以及输出功率，进一步以叶片的最小叶根弯矩与最大输出功率为优化目标来构建目标函数；步骤S3，采用多岛遗传算法对目标函数进行求解从而得到各个叶片截面的优化翼型以及优化安装角。

摘要： 本申请提供了一种全局性气动弹性优化中的气动结构求解方法，所述方法包括：构建用于全阶气动/结构耦合求解的代理模型，所述代理模型具有设计变量及目标变量，通过气动求解与结构求解的相互迭代直至结果收敛能够获得目标变量，其中：根据设计变量的机翼弯曲变形和扭转变形及通过本征正交分解法求解得到机翼表面压力系数分布；传递所述机翼表面压力系数分布于结构有限元模型，并对所述结构有限元模型求解获得结构弹性变形，所述结构弹性变形包括机翼弯曲变形和扭转变形；将所述结构弹性变形插值到气动表面网格并更新气动网格，并再次通过本征正交分解法求解得到机翼表面压力系数分布；重复上述过程，直至气动流场及结构弹性变形均收敛。

摘要： 本发明公开了气动伺服弹性系统非定常气动载荷的有理近似优化方法通过已有商用工程数值计算软件获取分析结构的两类原始数据，在此基础上，运用现代工程分析公认的非定常气动力有理近似表达形式，建立了一种线性项系数及非线性项系数两类变量的两级交替双重迭代数值优化算法。两级双重优化迭代直至达到获得高精度的有理近似拟合式中的最佳系数，提高了飞机选定结构的气动伺服弹性系统建模分析中非定常气动载荷历程的预计精度，极大降低有理近似拟合误差，从而为飞机气动伺服弹性系统的动响应、动稳定性以及主动弹性控制提供高精度载荷历程数值。

摘要： 本发明公开了一种可减小气动干扰不利影响的直升机气动布局优化方法。该方法针对风洞试验及CFD方法的不足，基于离散涡方法和面元法建立直升机的耦合气动干扰高精度分析模型，从而可以不通过风洞试验，只利用仿真计算就可考虑直升机气动干扰的影响，并相较于CFD大大降低了仿真模型对计算资源的需求，缩短了计算时间。为进一步减小计算量及寻优空间，通过参数化方法建立直升机机身外形的参数化模型并采用基于代理模型的组合优化方法，从而得到最优的直升机气动外形及布局，达到减小气动干扰以提高直升机飞行特性的目的。可以应用于直升机概念设计阶段以改善直升机飞行性能及配平、操稳特性。

摘要： 本申请提供了一种再入飞行器气动外形的优化方法和优化装置，该优化方法包括：获取目标再入飞行器的多个气动外形参数以及变精度轴向力系数预示模型；将多个气动外形参数输入到变精度轴向力系数预示模型中，得到变精度轴向力系数预示模型输出的目标再入飞行器在变精度下的轴向力系数；基于目标再入飞行器在变精度下的轴向力系数，利用多岛遗传算法对变精度轴向力系数预示模型进行优化，得到优化后的变精度轴向力系数预示模型，以使优化后的变精度轴向力系数预示模型输出目标再入飞行器在优化精度下的最大轴向力系数。根据所述方法和装置，能够在保证精度的同时提高计算效率，让优化结果更为准确高效。

摘要： 本发明提供一种基于深度学习的多精度优化算法实现气动优化设计的方法，通过利用多精度深度神经网络结合并行加点方法来实现复杂的气动外形优化设计。该多精度深度神经网络(MFDNN)可以在不需要任何先验知识的情况下，自适应地学习低精度数据集和高精度数据集之间的线性关系或者非线性关系。同时利用PSO对代理模型进行全局寻优，找到当前最优解用于高精度数据集的更新样本点提高代理模型的优化精度；对于低精度数据集则通过求取样本点之间的欧氏距离来衡量样本点之间的距离，对缺乏样本点位置进行更新，从而生成在整个设计域中分布均匀的样本点。该方法通用性好，实现简单，应用该方法进行飞行器气动外形优化设计，飞行器的气动性能有显著的提升。

摘要： 本发明涉及低干扰大头罩的运载火箭气动布局及其气动特性优化方法，属于气动优化设计技术领域；确定箭体的气动干扰因素为箭体表面的凸起物；分析各气动干扰因素，确定最主要影响因素为三级电缆罩；对三级电缆罩进行优化；开展基于小滚转力矩的气动特设计；针对某外形大头罩运载火箭气动外形，分析不对称气动干扰因素，针对典型工况点，分析各干扰因素的占比，确定主要影响因素；形成初步气动布局优化方向与方案，与结构、地面等专业论证分析确定可优化调整范围，开展气动布局优化设计，形成最终气动布局方案；针对最终气动外形，制定合理有效的滚转力矩气动特性优优化设计方法；本发明实现了尽可能减小气动干扰滚转力矩。