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《西北工业大学》 2006年
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飞行器总体参数优化的进化算法及其应用研究

王允良  
【摘要】: 飞行器设计是综合多个学科领域的复杂系统工程,在初步方案设计阶段,需要根据设计目标,构造合理的优化模型,应用有效的工程数值计算方法、优化计算方法和决策方法,完成飞行器总体参数优化设计,提供满足设计要求的优化方案,为进一步的详细设计奠定基础。 稳定高效的优化计算方法是飞行器总体参数设计的有力工具。传统的优化算法计算效率较高,但是对设计问题的数学模型依赖很大,其单点搜索方式很难确保获得全局最优解。相比之下,进化算法对设计问题的数学模型要求较低,适用范围较广,其群体搜索模式提供了信息共享机制,使搜索效率得到提高。因此,进化算法适于解决飞行器总体参数优化问题。 本文建立了飞行器总体参数优化设计框架,归纳了飞机总体参数设计需要的工程计算方法、优化计算方法和多目标决策方法。 为了探求有效的优化计算方法,深入研究了进化算法的一个新的分支——粒子群优化算法。在分析算法原理和收敛性的基础上,将其与遗传算法进行了比较。可以发现,该算法依靠基于群体信息共享的智能进化,使搜索过程紧跟当前的优势个体,因而计算效率比较高。为了加快算法收敛速度和保持群体多样性、提高局部搜索能力,构造了几种改进的粒子群优化算法。通过求解数值测试函数优化、桁架结构优化和机翼结构优化问题,验证了粒子群优化算法是一种鲁棒、高效的优化计算方法,适于求解复杂工程优化问题。 对于多目标优化设计,通常希望能够得到具有稳态和均匀性的多目标优化非劣解集,使设计者对可能的设计方案有全面的认识,以便更好地进行权衡、折衷和决策,提高设计效率。将粒子群优化算法拓展到多目标设计优化,为了提高算法的搜索效率,保持非劣解集的多样性,并尽可能使其分布更加广泛,构造了稳定高效的新算法——基于小生境技术的模拟退火-多目标粒子群优化算法。应用该算法求解了多目标数值优化问题,并求解了可重复使用运载器机翼外形多目标优化设计模型的非劣解集。 实际工程设计问题与设计者的经验和偏好紧密相连。物理规划方法根据设计者对设计目标不同程度的期望值,构造偏好函数,将多目标优化问题转换成单目标优化问题,求得反映设计者偏好的非劣解,为多目标决策提供了有效手段。通过均匀调整偏好设置,实现了应用物理规划方法求解多目标优化非劣解集的方法。通过建立决策矩阵,指导偏好设置,发展了新的交互式物理规划方法,使设计过程紧跟设计者的意图。应用物理规划方法,求解了多目标数值优化模型的非劣解,求解了民用飞机总体方案多目标优化设计模型的非劣解。应用交互式物理规划方法,求解了吸气式高超声速飞行器前体/进气道布局多目标优化设计问题。 在飞行器总体参数优化设计框架下,将前述的进化算法和多目标决策方法应用于飞行器气动布局优化设计。提出了一种新的翼身融合的滑翔式高超声速飞行器布局方案。应用基于二次曲线的模线设计方法,完成了飞行器外形的参数化建模;应用基于牛顿流理论的高超声速气动特性估算方法,对飞行器进行气动特性计算,并且进行了简化的二维平面内的飞行轨迹仿真和优化;以升阻比和体积效率最大化为设计目标,纵向静稳定性为约束,建立了飞行器气动布局多目标优化设计模型,应用粒子群优化算法、多目标粒子群优化算法,物理规划方法,求解优化模型,完成了对该高超声速飞行器的初步方案设计。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:V221

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 武虎子;唐长红;耿建中;姚海林;;启发式算法在大飞机设计中的应用综述[J];飞行力学;2012年02期
2 黄伟;罗世彬;王振国;;基于动态参数的杂交粒子群优化算法[J];计算机科学;2010年12期
3 王琦;王源博;饶碧波;李应;;基于串联协作法的RLV机翼参数优化设计[J];机械设计与制造;2012年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 曹海林;深空测控通信大天线技术研究[D];重庆大学;2010年
2 范培蕾;多目标优化方法及其在高超声速试飞器系统中的应用研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 朱庆镇;倾转旋翼机总体参数优化设计[D];南京航空航天大学;2011年
2 杨钧;高超声速二维进气道性能研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 仝云;防空导弹弹族多目标优化设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王晓鹏;遗传算法及其在气动优化设计中的应用研究[D];西北工业大学;2000年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 杨海军;周小苹;;雪梨干酒发酵条件的优化[J];安徽农业科学;2010年13期
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8 孙晓英;吴莹;徐庆辉;;均匀设计及其在中药学领域中的应用[J];安徽医药;2009年07期
9 胡海霞;李家明;秦瑛;见玉娟;;药物化学实验教学的改革和实践[J];安徽医药;2010年05期
10 张林家;;基于Pareto遗传算法的多目标优化[J];鞍山师范学院学报;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周蕊;王健平;;连续爆轰发动机热力学性质的数值模拟[A];第二届爆轰与爆震发动机研讨会论文集[C];2011年
2 杨冀丰;史建卫;钱乙余;李晋;;对0201组装中焊膏印刷工艺参数影响的研究[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年
3 刘志雄;杨光祥;;基于轮盘赌概率分配编码方法的并行机调度优化[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 李会军;叶宾;;一种基于递归BP神经网络的多步预测控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 吕斌;杨超;;考虑气动弹性的飞机概念优化设计方法[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
6 廖钦;徐胜利;;用于雾化煤油点火研究的两相激波管设计和调试[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
7 孙英英;姜宗林;林建民;赵伟;姚文秀;;高焓激波风洞中钝锥气动力特性实验研究[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
8 贾文利;曹伟;;比热非常值对高超声速平板边界层稳定性的影响[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
9 冯定华;潘沙;丁国昊;曹文斌;李伟;罗凯;刘枫;李桦;;CFD并行计算方法在高超声速数值模拟中的应用[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
10 胡光华;龚丽;张进疆;陈海峰;;香蕉片微波真空加工试验研究[A];2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 曹宇;利用遗传算法对声障板优化设计的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 胡沙;面向服务的模具企业信息系统集成平台关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
5 何英;干旱区典型流域水资源优化配置研究[D];新疆农业大学;2010年
6 李熹平;快速热循环注塑模具及工艺关键技术研究[D];山东大学;2010年
7 都爱华;框架结构移位托换节点受力机理的研究[D];山东大学;2010年
8 曾献辉;服饰智能适配系统的研究与应用[D];东华大学;2010年
9 谢燕;飞船返回舱着陆冲击缓冲座椅系统改进设计研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 李春洋;基于多态系统理论的可靠性分析与优化设计方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周翔;微型扑翼飞行器的气动特性及其优化研究[D];南昌航空大学;2010年
2 张静;协同产品开发过程规划方法研究[D];山东科技大学;2010年
3 黄铖;无人艇的有限元参数化建模与变截面优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 赵淑香;零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 辛贵州;无人飞行器航迹规划算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王东阳;多智能体调度优化算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 李魁星;基于信息熵遗传算法的舰船导航路径规划技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 林鸿蕴;船用封闭行星齿轮传动优化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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10 孙承夏;混合进化算法及其在生产调度中的应用[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈万春,赵丽红,刘佳琪,黄皎仁;反战术弹道导弹总体优化设计研究[J];北京航空航天大学学报;1999年06期
2 方卫国,师瑞峰;飞机方案多目标优化的Pareto遗传算法[J];北京航空航天大学学报;2003年08期
3 杨青,邱菀华,汪亮;固体火箭发动机成本与性能双目标优化设计[J];北京航空航天大学学报;2005年05期
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5 石书济;深空探测与测控通信技术[J];电讯技术;2001年02期
6 刘嘉兴;;走向深空——测控通信的发展方向[J];电讯技术;2006年02期
7 刘嘉兴;;向技术极限挑战——深空测控通信的目标[J];电讯技术;2008年04期
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9 罗世彬,罗文彩,王振国;基于试验设计和响应面近似的高超声速巡航飞行器多学科设计优化[J];导弹与航天运载技术;2003年06期
10 张海洋,单长胜;多目标优化技术在尾翼稳定脱壳穿甲弹系统设计中的应用[J];弹箭与制导学报;2002年02期
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 本报专稿 石江月;[N];世界报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 陈小前;飞行器总体优化设计理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 罗世彬;高超声速飞行器机体/发动机一体化及总体多学科设计优化方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
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4 黄达;飞行器大振幅运动非定常空气动力特性研究[D];南京航空航天大学;2007年
5 窦毅芳;稳健性优化设计理论与方法及其在固体火箭发动机中的应用研究[D];国防科学技术大学;2007年
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7 陈腾博;星载有限电扫描天线阵列馈源的研究[D];西安电子科技大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 夏露;导弹外形气动与隐身一体化优化设计研究[D];西北工业大学;2001年
2 李锋;多目标演化算法及在优化问题中的应用[D];武汉理工大学;2004年
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4 李淑艳;高超声速进气道设计及性能研究[D];西北工业大学;2006年
5 王鲁;基于遗传算法的多目标优化算法研究[D];武汉理工大学;2006年
6 邝达;多目标遗传算法中解集分布度保持策略的研究[D];湘潭大学;2006年
7 蒋浩;基于多目标优化的粒子群算法研究[D];湘潭大学;2006年
8 陈良军;基于自适应ε支配多目标遗传算法的研究[D];湘潭大学;2006年
9 顾莹莹;高阻抗表面EBG结构天线应用的研究[D];东南大学;2006年
10 赵永翔;多目标差分演化算法的构造及其应用[D];武汉理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 唐朝霞;章慧;徐冬梅;;一种改进的粒子群算法和相关反馈的图像检索[J];计算机科学;2011年10期
2 王瑞峰;孔维珍;占雪梅;;基于杂交粒子群算法的FIR数字滤波器设计[J];计算机工程与应用;2012年20期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 梁立波;近距离导引段交会轨迹安全性的定量评价和设计优化方法[D];国防科学技术大学;2011年
2 刘伟;客车悬架橡胶衬套对整车性能影响研究与多目标优化[D];吉林大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王威;基于制造执行系统的静态调度算法研究[D];长春工业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邱晓红,廖芳;无人战斗机飞行管理与控制系统分析[J];北京航空航天大学学报;2000年05期
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8 柳长安,王和平,李为吉,左益宏;多架无人机协同航路规划方法研究[J];飞行力学;2003年01期
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10 闵昌万,袁建平;航迹规划中安全走廊及参考轨迹的确定[J];飞行力学;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王晓鹏;遗传算法及其在气动优化设计中的应用研究[D];西北工业大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 夏露;导弹外形气动与隐身一体化优化设计研究[D];西北工业大学;2001年
2 吴艳;复合材料结构的实用优化设计技术及应用研究[D];西北工业大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡建;李志蜀;罗震;罗谦;乔少杰;;粒子群优化算法中的不可见墙方法[J];四川大学学报(工程科学版);2009年05期
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7 陈亚洲;高亮;周驰;;基于粒子群优化和协同优化的多学科设计优化研究[J];机械科学与技术;2007年04期
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9 刘成;肖扬;;粒子群优化算法在多用户检测中的应用[J];中国铁道科学;2006年04期
10 阚超豪;王雪帆;汤化伟;;基于改进粒子群优化算法的绕线式无刷双馈电机参数测定[J];微电机;2008年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 陈志盛;李勇刚;;改进粒子群优化算法及其在磨削加工中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 徐东;李晔;唐旭东;庞永杰;廖煜雷;;基于变异行为的自适应粒子群优化算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 马琰铭;;基于粒子群优化算法的晶体结构预测新技术及其在高压新结构研究中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 楼洋;李均利;陈刚;;基于个体排序的差分进化算法[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
7 文建辉;钟科军;唐丽娟;蒋健晖;;基于离散的粒子群优化算法结合主成分分析用于相似烟气样品的色谱区分[A];全国生物医药色谱学术交流会(2010景德镇)论文集[C];2010年
8 莫纯欢;石纯一;史忠植;陈青;周代琪;;进化算法中的各种选择机制的分析和比较[A];信息科学与微电子技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
9 司维超;韩维;史玮韦;颜刚;;一种基于蜜蜂多群体觅食的粒子群优化算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
10 王群杰;齐美清;汪伟;李磊;;粒子群优化算法在波导高通滤波器设计中的应用[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 本报记者 徐玢;进化畅想:机器人能否成“人”[N];科技日报;2009年
2 王小龙;进化算法可解决风电机选址问题[N];科技日报;2011年
3 本报记者 任荃;质疑大师,请用科学的方法[N];文汇报;2009年
4 许元;人工智能,人类对自身的挑战[N];人民日报;2011年
5 本报记者 孟妮;智能城市的未来在中国[N];国际商报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王允良;飞行器总体参数优化的进化算法及其应用研究[D];西北工业大学;2006年
2 许伟;基于进化算法的复杂化工过程智能建模方法及其应用[D];华东理工大学;2011年
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4 张鹏翔;多目标进化算法及其在电力系统中的应用研究[D];华中科技大学;2004年
5 王瑜;基于多方法融合的进化算法研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 李映;混合智能计算方法及其应用[D];西安电子科技大学;2002年
7 崔承刚;基于启发式知识进化算法的复杂约束优化问题求解[D];浙江大学;2010年
8 陆婷;进化回归神经网络的研究及应用[D];华南理工大学;2003年
9 傅阳光;粒子群优化算法的改进及其在航迹规划中的应用研究[D];华中科技大学;2011年
10 王大志;面向实际工程问题的粒子群优化算法应用技术的研究[D];东北大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高洪元;仿生智能计算在CDMA多用户检测中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 孙晶晶;粒子群优化算法的改进及其应用研究[D];陕西师范大学;2010年
3 王婧;基于粒子群优化算法的集群调度策略研究[D];中国石油大学;2011年
4 张新娟;改进粒子群优化算法及其在图像分割中的应用[D];陕西师范大学;2011年
5 刘煌;基于GA的改进粒子群算法研究及其在TSP上的应用[D];武汉理工大学;2010年
6 苗爱敏;基于动态特征的粒子群优化算法研究[D];云南大学;2010年
7 杨洋;基于粒子群优化算法的准循环LDPC码构造[D];北京交通大学;2011年
8 沈锡;基于粒子群优化算法的船舶航向PID控制[D];大连海事大学;2011年
9 刘现;蛋白质结构预测的粒子群优化算法研究[D];福建农林大学;2011年
10 史志俊;粒子群优化算法及其在结构动力修改中的应用研究[D];南京理工大学;2005年
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