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基于自适应代理员模型的高超飞行器多学科优化设计

徐良  
【摘要】:基于代理模型的优化方法因其能有效减少计算时间的优势在优化领域备受关注,但随着设计空间维数的增加,构建代理模型所需样本点的数量将呈指数级增加,同时模型的局部精度也难以提高。为提高高维空间下高精度优化方法的计算效率,本文提出了一种基于变搜索空间的自适应代理模型优化方法,并将之应用于跨声速翼型/机翼和高超声速飞行器的优化设计中,得到良好的优化结果。首先,本文详述了多种代理模型的算法原理和建模过程,并对其拟合精度作了对比;分析了经典的基于代理模型优化方法的优缺点,以多个测试函数为例,研究统计了样本点数量与设计变量维数、拟合误差精度三者之间的定性关系;由此提出一种搜索空间随当地最优解移动的自适应策略,以优化过程中自适应模型细化选点方法为突破口,能够实现搜索空间的自动划分、分级近似。然后,针对该方法的精确性和有效性,分别进行了典型函数测试验证和翼型/机翼气动优化设计。结果显示:与基于普通代理模型的优化方法相比,本文发展的方法不仅可以大大节省所需的总样本点数量,而且搜索效率和精度更高,翼型/机翼的良好减阻效果表明该方法对于气动优化设计具有实际应用价值。最后,在考虑多学科耦合的基础上,研究了类X-43A升力体高超声速飞行器飞推一体化的参数化建模方法;建立发动机推进系统性能、前体/进气道气动性能、飞行器气动力、气动热四个学科分析模型,并选取合适的目标参数以评估学科性能;运用本文发展的优化方法,有效求解高超飞行器的单/多学科优化设计问题。


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