高超聲速飛行器多學科設計優化理論及應用（簡體書）

本書介紹了高超聲速飛行器多學科設計優化關鍵技術研究成果以及其在機翼氣動彈性、天對地再入飛行器、可重複使用運載器和吸氣式高超聲速飛行器上的應用，包括面向飛行器多學科設計優化的參數化建模技術、面向飛行器多學科設計優化的廣義靈敏度分析技術、面向飛行器多學科設計優化的近似策略、基於廣義靈敏度的搜索策略、面向飛行器多學科設計優化的優化過程、基於GBLISS2000的機翼氣動彈性問題研究、天對地再入飛行器總體多學科設計優化、可重複使用運載器總體多學科設計優化、吸氣式高超聲速飛行器總體多學科設計優化等內容。

目錄



叢書序



前言



第1章 緒論 /1



1.1 背景與意義 /1



1.2 多學科設計優化方法的定義與描述 /4



1.2.1 飛行器多學科設計優化的定義 /4



1.2.2 飛行器多學科設計優化的系統學描述 /5



1.3 飛行器多學科設計優化若干關鍵技術的發展及研究現狀 /7



1.3.1 飛行器總體多學科設計優化的關鍵技術 /7



1.3.2 參數化建模技術的發展及研究現狀 /8



1.3.3 靈敏度分析技術的發展及研究現狀 /13



1.3.4 近似策略的發展及研究現狀 /17



1.3.5 搜索策略的發展及研究現狀 /19



1.3.6 優化過程的發展及研究現狀 /22



1.4 本書主要思路及內容 /25



第2章 面向飛行器多學科設計優化的參數化建模技術 /29



2.1 基於CST方法的翼型參數化建模 /29



2.1.1 CST方法翼型擬合精度分析 /33



2.1.2 CST方法的改進 /36



2.2 三維CST參數化建模方法的改進與應用 /37



2.2.1 CST參數化建模方法的三維擴充 /37



2.2.2 三維CST方法的改進 /38



2.2.3 高超聲速滑翔飛行器參數化模型 /40



2.3 自由網格變形(FFD)參數化建模技術 /41



2.4 本章小結 /44



第3章 面向飛行器多學科設計優化的廣義靈敏度分析技術 /45



3.1 廣義靈敏度概念研究 /46



3.2 連續變量的學科靈敏度分析方法 /46



3.2.1 有限差分方法 /46



3.2.2 自動微分方法 /47



3.2.3 複變量方法 /50



3.3 離散變量的學科靈敏度分析方法 /51



3.3.1 改進的正交試驗設計方法 /51



3.3.2 改進的神經網絡方法 /52



3.4 系統靈敏度分析方法 /62



3.4.1 優靈敏度分析方法 /63



3.4.2 全域靈敏度方程方法 /65



3.5 廣義靈敏度分析軟件包 /70



3.6 本章小結 /73



第4章 面向飛行器多學科設計優化的近似策略 /74



4.1 累積近似策略 /75



4.1.1 中範圍近似函數的構造 /75



4.1.2 累積近似函數的構造 /82



4.1.3 MTPACA策略的有效性驗證 /85



4.1.4 MTPACA策略在超燃衝壓發動機尾噴管建模中的應用 /94



4.2 一種新的有噪聲時Kriging模型預估方差表達式 /96



4.2.1 Kriging模型的噪聲 /96



4.2.2 N-Kriging模型預估方差分析 /98



4.2.3 N-Kriging模型預估方差測試 /101



4.3 本章小結 /107



第5章 基於廣義靈敏度的搜索策略 /109



5.1 基於複變量方法的廣義既約梯度法 /109



5.1.1 基本原理 /110



5.1.2 CVMGRG算法的有效性驗證 /113



5.2 基於廣義靈敏度的混合變量優化算法 /117



5.2.1 基於廣義靈敏度的搜索迭代法 /117



5.2.2 離散單位鄰域內查點技術 /120



5.2.3 算法設計 /120



5.2.4 GSBMVO算法的有效性驗證 /121



5.3 本章小結 /124



第6章 面向飛行器多學科設計優化的優化過程 /125



6.1 兩極優化算法理論 /125



6.1.1 兩極優化算法的想法 /125



6.1.2 Householder變換 /128



6.1.3 兩極優化算法流程 /129



6.1.4 算例測試 /130



6.1.5 優化效率的影響因素及改善 /135



6.2 基於廣義靈敏度的並行子空間優化過程 /137



6.2.1 並行子空間優化過程簡介 /137



6.2.2 並行子空間優化過程的改進方案 /140



6.2.3 基於廣義靈敏度的並行子空間優化過程 /146



6.2.4 GSBCSO過程的有效性驗證 /150



6.2.5 本節小結 /157



6.3 協同優化過程研究 /158



6.3.1 標準協同優化過程 /158



6.3.2 基於響應面的協同優化過程 /160



6.4 BLISS優化過程及其改進研究 /162



6.4.1 BLISS優化過程簡介 /162



6.4.2 BLISS 2000優化過程簡介 /166



6.4.3 EBLISS 2000優化過程 /168



6.5 本章小結 /185



第7章 基於GBLISS 2000的機翼氣動彈性問題研究 187



7.1 機翼靜氣動彈性 /187



7.1.1 原理與方法 /187



7.1.2 機翼氣動計算模型 /189



7.1.3 機翼結構計算模型 /193



7.1.4 靜氣動彈性試算 /196



7.2 基於GBLISS 2000的機翼靜氣彈優化 /199



7.2.1 機翼靜氣彈GBLISS 2000表述與流程 /199



7.2.2 機翼靜氣彈GBLISS 2000求解 /202



7.3 本章小結 /209



第8章 天對地再入飛行器總體多學科設計優化 /211



8.1 EXPERT構型 /211



8.1.1 概述 /211



8.1.2 約束需求 /212



8.2 非規則六面體FFD參數化技術 /214



8.2.1 Bernstein基函數邊界特徵 /214



8.2.2 EXPERT構型的非規則形態FFD參數化設計 /215



8.2.3 局部坐標反算方法 /216



8.3 代理模型核函數測試 /218



8.4 天對地再入飛行器多目標設計優化研究 /221



8.4.1 初始多目標設計優化結果分析 /221



8.4.2 代理模型與優化算法的混合策略研究 /224



8.4.3 改進的多目標設計優化結果分析 /225



8.4.4 進化控制效果分析 /229



8.5 本章小結 /231



第9章 可重複使用運載器總體多學科設計優化 /232



9.1 可重複使用運載器的幾何外形建模 /232



9.1.1 幾何參數 /232



9.1.2 參數化建模 /233



9.2 可重複使用運載器的氣動學科建模 /234



9.2.1 Cart3D在氣動建模中的應用 /234



9.2.2 N-Kriging模型氣動建模 /238



9.2.3 標準大氣模型 /240



9.3 可重複使用運載器的結構強度建模 /242



9.3.1 機翼氣動力建模 /242



9.3.2 機翼結構強度計算 /243



9.4 可重複使用運載器的彈道學科建模 /244



9.5 可重複使用運載器的質量學科建模 /245



9.6 可重複使用運載器的控制學科建模 /246



9.7 可重複使用運載器總體方案多學科設計優化研究 /247



9.7.1 可重複使用運載器基準方案性能分析 /247



9.7.2 可重複使用運載器多學科設計優化問題的設定 /249



9.7.3 可重複使用運載器多學科設計優化結果 /252



9.8 本章小結 /255



第10章 吸氣式高超聲速飛行器總體多學科設計優化 256



10.1 高超聲速飛行器學科分析模型 /258



10.1.1 助推器設計模型 /258



10.1.2 推進學科分析模型 /259



10.1.3 氣動力分析模型 /262



10.1.4 質量分析模型 /264



10.1.5 彈道分析模型 /265



10.2 高超聲速飛行器基準方案設計與分析 /266



10.3 高超聲速飛行器基準方案優化 /268



10.3.1 優化模型 /268



10.3.2 基於MDF過程的高超聲速飛行器多學科設計優化 /269



10.3.3 基於GSBCSO過程的高超聲速飛行器多學科設計優化 /272



10.4 本章小結 /276



參考文獻 278