[發明專利]短艙參數化設計的多目標優化方法

有效

• 申請號: 201810458695.6
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108664742B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 崔玉超;王鵬;滕金芳;盧少鵬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06N3/04;G06N3/12
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種短艙參數化設計的多目標優化方法，以短艙幾何的外部摩擦阻力和風扇進口處的總壓恢復系數作為設計目標，選取短艙幾何的內、外型線的關鍵幾何參數作為考察變量，采用拉丁超立方(LHS)方法選取樣本的模型庫，對不同幾何參數對應的短艙進行模型建立、網格生成和數值計算，然后根據樣本目標函數的分布規律使用徑向基神經網絡作為代理模型，采用多目標優化算法對代理模型進行尋優計算，最終選取最優的短艙型線方案，即更高的風扇進口處總壓恢復和更低的短艙外部摩擦阻力。本發明能夠迅速找到短艙參數的設計最優值，提高了設計效率，縮短了設計周期和研制成本。

技術領域

本發明涉及的是一種飛機制造領域的技術，具體是一種短艙參數化設計的多目標優化方法。

背景技術

隨著當今世界航空技術的發展，飛機發動機技術也得到了長足的進步，發動機可以在實現更遠航程的同時有效降低飛機發動機的燃油率。這些進步的實現就要求在飛行過程中，發動機必須工作在一個穩定、可控的運行狀態下，同時發動機整體受到更小的摩擦阻力，而短艙裝置作為發動機的引氣裝置和安裝平臺，其在穩定氣流和減小阻力方面的作用就尤為顯著。一個正確的短艙設計，可以有效提高風扇入口處的總壓恢復、流量系數和流場均勻性，明顯改善發動機的整體性能，極大地擴大飛機的飛行包線，同時使民用飛機具有更佳的經濟性和市場競爭力。因此針對短艙裝置的合理設計就顯得愈來重要。短艙設計的主要目的是提供對發動機和飛機性能影響最小、最緊湊的流線外形，同時短艙外形的設計也要兼顧到它對進氣道內部流動產生的影響。

早期的短艙設計方法是在基本方案設計的基礎上，進行不同幾何方案的風洞試驗，依據試驗結果選定最終的設計方案。近年來，得益于計算流體力學(CFD)方法和計算機技術的快速發展，國內外對基于CFD方法的氣動外形設計方案也越來越完善，取得了諸多成果，出現了基于梯度搜索的優化設計與基于遺傳算法等智能算法的優化設計兩類主要設計方法。但短艙外形的幾何參數眾多，且易產生相互影響，無法采用窮舉方案完成短艙設計。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種短艙參數化設計的多目標優化方法，通過合理的參數化方案可以同時完成內、外兩條型線的參數化建模，保證曲線精度；采用多目標函數的優化方案，可同時兼顧短艙模型的內、外幾何性能；程序模塊化處理，提高了設計效率，能夠迅速找到短艙參數的設計最優值，縮短了設計周期和研制成本。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明以短艙幾何的外部摩擦阻力和風扇進口處的總壓恢復系數作為設計目標，選取短艙幾何的內、外型線的關鍵幾何參數作為考察變量，采用拉丁超立方(LHS)方法選取樣本的模型庫，對不同幾何參數對應的短艙進行模型建立、網格生成和數值計算，然后根據樣本目標函數的分布規律使用徑向基神經網絡(Radial Basis Neural Network)作為代理模型，采用多目標優化算法對代理模型進行尋優計算，最終選取最優的短艙型線方案，即更高的風扇進口處總壓恢復和更低的短艙外部摩擦阻力。

本發明涉及一種實現上述方法的系統，包括：用于優化問題的提出及數學表達，并建立有效的幾何模型樣本庫的模型樣本建立模塊、用于獲得幾何模型樣本所對應的目標函數性能的數值分析模塊、代理模型構建模塊以及用于最優解尋優的遺傳算法模塊，其中給你：模型樣本建立模塊利用拉丁超立方方法獲得模型樣本點的幾何信息，并將該幾何信息傳輸至數值分析模塊，數值分析模塊經過數值分析模塊的數值模擬技術，獲得目標函數性能，代理模型構建模塊根據來自模型樣本建立模塊的幾何樣本庫和數值分析模塊對應的目標性能建立徑向基神經網絡模型，遺傳算法模塊通過帶精英策略的非支配排序(NSGA-II)多目標遺傳算法計算得到徑向基神經網絡模型的最優解并進行檢驗。

技術效果