一种飞行器升力面结构优化设计方法

摘要

一种飞行器升力面结构优化设计方法：①采用LHD在设计空间内采取试验设计样本并获得飞行器升力面高精度分析模型响应值；②构造径向基函数代理模型；③在设计空间使用LHD方法随机生成一定数量的网格点，计算其对应的径向基函数代理模型响应值；④给定全局空间缩减率M₁%和局部空间缩减率M₂%，进行2次伪缩减；⑤在每个聚类空间内利用遗传算法对径向基函数代理模型寻优；⑥得到最优点与上次空间全局近似最优点的空间距离，若满足缩减准则，则删除当前空间得到新空间；⑦获取当前全局近似最优解的真实响应值，判断其是否收敛，如收敛则停止优化，否则反复迭代直至找到最优解。本发明提出的方法提高了优化效率，节约了飞行器升力面结构优化设计成本。

主权项

一种飞行器升力面结构优化设计方法，其特征在于：其实现过程包括步骤1至步骤13，具体为：步骤1：给定飞行器升力面高精度分析模型、初始设计空间S⁽⁰⁾、设计变量；步骤2：利用拉丁超方试验设计方法在初始设计空间S⁽⁰⁾中构造初始试验设计样本；用符号N记录迭代次数，此时设置迭代次数N＝1；步骤3：通过调用步骤1给定的飞行器升力面高精度分析模型，计算/仿真当前试验设计样本所对应的飞行器升力面高精度分析模型的响应值，并将试验设计样本及其相对应的响应值存储到试验设计样本数据库中；所述试验设计样本数据库中包含的内容包括：通过拉丁超方试验设计方法所得到的试验设计样本及其相对应的飞行器升力面高精度分析模型响应值、每次迭代过程中的全局近似最优解及其相对应的飞行器升力面高精度分析模型响应值；步骤4：利用步骤3中所述试验设计样本数据库中的所有试验设计样本及其相对应的飞行器升力面高精度分析模型响应值、每次迭代过程中的全局近似最优解及其相对应的飞行器升力面高精度分析模型响应值构造径向基函数代理模型；步骤5：在第N次迭代的设计空间S^(N‑1)中，使用拉丁超方试验设计方法随机生成网格点；用步骤4得到的径向基函数代理模型计算所有网格点对应的径向基函数代理模型响应值；给定整体空间缩减率M₁％，将网格点对应的径向基函数代理模型响应值中较小的M₁％网格点保留，删除其余网格点；步骤6：给定聚类空间个数c，对经过步骤5的处理后保留下的网格点使用模糊聚类法进行搜索与分类；步骤7：给定局部空间缩减率M₂％，依次将c个聚类空间中径向基函数代理模型响应值较小的M₂％个网格点保留，删除其余网格点，用表示每个聚类空间中删除(1‑M₂％)个网格点后得到的c个新聚类空间；步骤8：采用遗传算法在每个新聚类空间对步骤4中所述径向基函数代理模型进行优化，得到第N次迭代中各个新聚类空间的近似最优点将对应的径向基函数代理模型响应值中的最小值对应的近似最优点作为寻优过程中的当前全局近似最优解步骤9：根据步骤8中所述与通过公式(18)定义两种欧氏距离，分别称为第一欧氏距离D₀和第二欧氏距离D_i，由公式(19)得到第N次迭代的缩减因子λ；由公式(20)得到第N次迭代的控制因子σ；用λ₀表示初始缩减因子，其为人为设定值，λ₀在区间[0,1]中；用σ₀表示初始控制因子；如果λ＜λ₀并且σ＞σ₀，表明当前设计空间S^(N‑1)需要缩减，进行步骤10的操作；否则，进行步骤12的操作；$\left\{\begin{array}{c}{D}_0=\left|\right|{\hat{x}}^{\left(N\right)}-{\hat{x}}^{(N-1)}\left|\right|\\ D_i=\left|\right|{\hat{x}}_i^{(N-1)}-{\hat{x}}^{\left(N\right)}\left|\right|\end{array}\right.---\left(18\right)$其中，||·||是二范数；i＝1,2,…,c；$\lambda =\frac{D_0}{L_{\max }}---\left(19\right)$其中，L_max为S^(N‑1)的最大边长，设计空间S^(N‑1)被认为是超矩形；$\sigma =\frac{V}{V_0}---\left(20\right)$其中，V为空间S^(N‑1)的超体积，V₀为初始空间S⁽⁰⁾的超体积；步骤10：对公式(18)中距离D_i(i＝1,2,…,c)从小到大排序，得到新的距离D′_i，如式(21)所示；然后给定需删除聚类数n_del，n_del＜c，距离D′_i对应的聚类空间被删除；D′_i＝sort(D_i)                         (21)其中，i＝1,2,…,c，sort()表示从小到大排序函数；步骤11：删除当前设计空间S^(N‑1)，重组新的设计空间S^(N)；将经过步骤10的操作后剩下的所有网格点的各维的最小值和最大值分别作为新的设计空间S^(N)各维的最小值和最大值；步骤12：获取径向基函数代理模型的当前全局近似最优解对应的飞行器升力面高精度分析模型响应值y^*(N)，并将此全局近似最优解及其飞行器升力面高精度分析模型响应值y^*(N)添加到试验设计样本数据库中，并设置迭代次数N自增1；步骤13：通过公式(22)判断飞行器升力面高精度分析模型响应值y^*(N)是否收敛，如果收敛则将步骤12中所述全局近似最优解作为飞行器升力面高精度分析模型的全局最优解输出，结束整个优化过程；否则，重复步骤4至步骤13，直到找到飞行器升力面高精度分析模型的全局最优解；$\left\{\begin{array}{c}\left|\frac{y^{*\left(N\right)}-y^{*(N-1)}}{y^{*(N-1)}}\right|<{ϵ}_1\\ \left|\frac{y^{*\left(N\right)}-{\hat{y}}^{*\left(N\right)}}{y^{*\left(N\right)}}\right|<{ϵ}_2\end{array}\right.---\left(22\right)$其中，为第N次全局近似最优解对应的径向基函数代理模型响应值；ε₁、ε₂为人为确定的小量。