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基于复合形方法的翼型优化设计及并行计算研究

刘战合  
【摘要】: 本文将流场分析程序、复合形优化方法和并行计算耦合起来,发展了一种工程实用的翼型优化设计方法,用以提高翼型在单个或多个设计点、多种约束条件下的气动性能。 本文采用基于N-S方程的流场计算程序来求解流场,得到升力系数、阻力系数、力矩系数等气动参数,并以其中某个或某些参数构成目标函数。优化设计从一个基本翼型开始,将光滑的几何扰动叠加到基本翼型表面上,形成新的翼型。利用Hicks and Henne型函数生成几何扰动量,以型函数的权系数为设计变量,以某些参数为约束条件,提出优化问题。对于多目标优化,通过对各个目标的权重组合实现单目标化,利用复合形优化方法对形成的目标函数进行最优化,从而得到具有良好气动性能的翼型。 对于多目标优化设计,采用基于MPI平台的并行计算策略,针对各个不同的设计点,分别分配不同的计算机CPU进行流场计算,然后将计算所得的参数传递给主机,由主机进行优化过程的计算,提高了优化设计效率。 流场分析程序采用雷诺平均的N-S方程,提高了计算结果的可靠性。优化算例研究表明,本文发展的翼型优化设计方法效率高,整个优化过程稳定;因而在工程实际上有较大的应用价值。并行算例表明,本文发展的并行计算思想可以成功运用于多目标的优化设计,使计算效率得到了较大提高。因而本文发展的优化设计方法和并行计算思想在工程实际中有较大的应用价值。


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