《高超聲速飛行器構型最佳化的熵-同倫擾動方法研究和套用》是依託中國科學院力學研究所，由崔凱擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：高超聲速飛行器構型最佳化的熵-同倫擾動方法研究和套用
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：崔凱
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對高超聲速飛行器一體化構型的多學科/多目標最佳化設計問題，以提高最佳化方法的穩定性和計算效率，獲得最佳化構型的幾何和性能參數為研究目標。首先通過引入極大熵原理和增廣拉格朗日方法開展熵正則化方法研究，將多約束/多目標問題轉化為合理的無約束單目標函式形式。其次在保證高效穩定的前提下，加入鄰域擾動技術，發展一種具有搜尋到全局最優點能力的最佳化方法，並與熵正則化方法結合開發構型最佳化設計程式。在方法研究的基礎上，以高精準度的CFD計算為主要分析工具，設計出同時考慮氣動力、熱、推進、容積等目標和約束條件下的最佳化飛行器構型，並通過數值和風洞實驗獲得其性能參數。本項目以重大計畫的總體目標為基準，交叉運用非線性最佳化方法、計算流體力學和高超聲速飛行器構型設計的最新研究進展，立足於針對實際套用的方法探索。方法和程式可為深入研究提供保障和支撐，獲得的構型相關參數可作為實際設計的參考和依據。
結題摘要
本項目通過三年的研究，共取得了如下幾個方面的進展：（1）開展了吸氣式飛行器一體化構型全參數化設計工作；（2）提出了一種基於外形修正量的參數化設計方法，並在後續的最佳化設計工作中驗證了其有效性和優勢；（3）在最佳化設計方法方面，首先將目標函式進行同倫修正，進而與遺傳算法結合，發展了一種高效且具有全局搜尋特性的同倫擾動遺傳算法（HPGA），進而考慮多目標最佳化設計問題，將多個目標進行凝聚，發展了熵正則化算法。通過多個算例驗證了上述方法的有效性；（4）在方法研究的基礎上，針對吸氣式飛行器上壁面多目標最佳化設計問題、後體-尾噴管一體化構型最佳化設計問題、乘波體壓縮面最佳化設計問題、以及飛行器前緣熱流均勻化等問題開展了一系列最佳化設計工作，分別獲得了飛行器上壁面的變化對其升阻比/容積的影響規律、關鍵參數對後體-尾噴管一體化構型升力/推力的影響規律、乘波體壓縮面外形變化對其升力/阻力/升阻比/容積的影響規律等。在以飛行器前緣熱流均勻化為目標的最佳化中，提出了一種新型前緣型線，其最大熱流較常用的二維圓柱或球頭鈍化方式減小20%左右，且駐點附近熱流分布十分均勻。 本項目的主要研究內容均完成，研究成果驗證了研究思路的正確性和研究計畫的合理性。相關研究結果可為進一步的工程套用提供技術支撐和設計參考。通過本項目的支持，在國內外高水平期刊及會議上共發表論文十餘篇，其中SCI檢索2篇，EI檢索2篇，ISTP檢索3篇，獲得軟體著作權登記一項，獲得發明專利授權2項，提交發明專利申請2項。
