基于参数分类的超临界机翼极多参数优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于参数分类的超临界机翼极多参数优化设计方法，根据设计参数的性质和超临界机翼的特点对设计参数进行了分类，并针对多极值设计参数和单极值设计参数分别采用全局寻优算法寻优和基于敏感导数的局部寻优算法寻优。本发明的积极效果是：由于多极值设计参数只占全部设计参数的20%左右，这样对200个左右的设计参数的超临界机翼优化设计，可以获得全局最优解，有效地提高了优化的效率和效果，使得超临界机翼的极多参数、高精度优化设计技术进入工程应用。

主权项

一种基于参数分类的超临界机翼极多参数优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：一、利用网格生成软件，产生超临界机翼的结构计算网格；二、超临界机翼布局参数化：将机翼分为11个截面，共计168个设计参数，其中：短舱挂架的左边和右边各5个控制截面，控制参数在各截面的分布为：上表面8个，下表面8个，沿流向均匀分布；位于短舱挂架上方的截面则只有上部8个设计参数；各个控制面之间通过直线连接起来，形成完整的机翼；三、设定参数数值：首次运行程序时，将设计参数的初值设置为零；在随后的循环中，参数值由寻优程序设置；四、代数法网格变形；五、设计参数的初始分类：首先将设计参数分为四类：强线性单极值设计参数、弱线性单极值设计参数、弱非线性低敏感度多极值设计参数、强非线性高敏感度多极值设计参数；然后对设计参数进行初始分类，初始分类包括以下两种方法：方法1、每一个参数等差，沿正向和负向分别变化6次，计算目标函数的值，然后画出目标函数‑设计参数曲线，如果这个曲线出现多个极值，即认为该设计参数为多极值设计参数，否则归入单极值设计参数；方法2、首先将每一个截面的第13、14、15号设计参数作为多极值设计参数，在优化过程中，根据不断产生的新的设计参数值和对应的敏感导数值调整参数分类；六、求解雷诺平均NS方程，得到机翼气动特性，由气动特性计算得到目标函数；七、通过求解伴随方程，获得敏感导数；八、根据敏感导数的性质和计算的结果，再次对设计参数进行分类，及时调整参数的类别；具体的分类方法为：对设计参数进行分类时，如果某一个设计参数的敏感导数变号三次以上，就将该设计参数归入多极值设计参数；如果阻力对设计参数的敏感导数>0.01、升力对设计参数的敏感导数>0.1，则归入强非线性高敏感度多极值设计参数，否则归入弱非线性低敏感度多极值设计参数；如果设计参数的敏感导数符号不变，且所有点敏感导数最大值与最小值的差量绝对值小于敏感导数平均值的10%，则认为该设计参数为强线性单极值设计参数，如果敏感导数有变化，但是符号只改变一次，则认为该设计参数为弱线性单极值设计参数；九、根据参数分类的情况，对两类参数分别采取全局和局部寻优算法进行优化，具体的优化方法为：采用粒子群优化算法，以上一步的优化结果作为出发点，对多极值设计参数进行优化，优化结果作为二次规划优化的初始外形；采用二次规划算法或者最速下降法，将单极值设计参数作为设计变量，进行基于敏感梯度的寻优；然后将两种寻优获得的结果互相作为初值，交替进行，直到目标函数达到收敛条件，这时的结果即为全局最优超临界机翼布局。