鸟体本构模型参数反演II:模型参数反演研究

为获得数值模拟中鸟体本构模型参数,提出了iSIGHT集成PAM-CRASH2006确定撞击体本构模型参数的优化反演方法,利用弹体撞击刚性平板算例验证了该参数优化反演方法的正确性.针对常见的适用于不同撞击速度的鸟体3种本构模型,结合鸟撞平板试验结果优化反演得到了3套鸟体本构模型参数.利用优化反演得到的鸟体本构模型参数进行...     

一种鸟体本构模型参数的反演方法

采用PAM-CRASH中的Monaghan状态方程作为鸟体本构方程,建立鸟撞平板试验耦合算法的数值计算模型,将待优化反演的鸟体本构模型参数定义为优化参数,将位移的试验值与计算值相对误差的平方定义为优化目标,利用ISIGHT和PAM-CRASH有机集成对鸟体本构模型参数进行了优化.用优化后得到的鸟体本构模型参数进行仿真分...     

基于遗传算法的鸟体本构参数优化研究

鸟体本构模型及其参数研究是研究鸟撞问题的重点和难点之一.基于参数反演的思想,结合遗传算法,建立基于ISIGHT,PAM-CRASH与MATLAB联合仿真的优化模型.结合鸟撞铝板试验数据,获得了适用于中等冲击速度(100 m/s左右)的鸟体本构模型参数.并将优化后的结果与试验数据进行对比,两者吻合较好,证明参数反演方法有效.优化方法为获得鸟体本构参数提供了参考,也为后续的鸟撞分析提供了依据.     

鸟体本构模型参数反演I:鸟撞平板试验研究

为了结合数值模拟得到鸟撞过程中的鸟体本构模型参数,对鸟撞平板进行了试验研究.鸟体质量分别为1.8kg和3.6 kg,平板材料采用厚度为10 mm和14 mm的LYl2铝合金和厚度为4.5 mm和8.0 mm的45#钢,鸟体撞击速度为70、120、170 m/s,共进行了16组鸟撞试验.采用动态数据采集系统获得了鸟撞过程...     

航空发动机宽弦风扇叶片鸟撞损伤模型标定

为建立航空发动机风扇叶片抗鸟撞载荷能力的量化预测方法,针对特定的航空发动机宽弦风扇叶片设计,依据发动机在典型工作状态下的吸鸟速度、角度等撞击参数开展叶片鸟撞试验,采用显式动力学数值仿真方法,建立叶片鸟撞试验仿真分析模型,并通过对模型中叶片材料参数、鸟体本构模型参数、鸟与叶片耦合接触参数进行敏感度分析,对模型进行标定.结果表明,标定后的鸟撞分析模型所预测的叶片损伤模式与试验结果一致,预测的损伤位置与试验测量结果误差小于10%.      

确定鸟体材料参数的反演方法

针对鸟撞飞机结构耦合解法中鸟体建模问题所遇到的困难,以鸟体正撞平板数值分析得到的计算解与试验基准解的离差作为驱动演化过程的动力,基于非线性最小二乘法和外点罚函数法,将参数反演问题转化成无约束非线性最优化问题来求解,并利用ANSYS环境下的二次开发语言APDL(ANSYS Parametric Design Language),建立了参数反演系统,对鸟体材料参数进行了反演.结果表明该方法是可行和有效的.     

鸟撞平板试验与鸟体本构参数识别方法

准确可靠的鸟体本构模型与参数是开展结构抗鸟撞分析和设计的基础。为获取鸟体本构参数,在139m/s的速度下,开展鸟体撞击铝合金薄板试验,并测得了撞击载荷、平板变形和应变数据;结合ISIGHT和PAM-CRASH软件,以薄板被撞击位置的法向变形为优化目标,提出一种鸟体本构参数识别方法。将识别得到的参数代入数值模型并开展数值分析,提取平板变形结果和撞击载荷数据,并与试验测试数据进行比较。结果表明,平板变形仿真结果与试验数据具有很好的一致性,撞击载荷分析结果与试验数据基本一致,证明了本文所建立的鸟体本构参数识别方法的有效性。     

典型前缘结构抗鸟撞性能改进研究

 针对某典型前缘结构,研究了使用纤维金属层板(Fibre Metal Laminates,FMLs)蒙皮进行抗鸟撞设计的可行性。以显式动态冲击分析程序PAM-CRASH为平台,结合由鸟撞平板试验结果验证的鸟体本构模型参数,建立了鸟撞前缘结构数值模型。通过计算研究了使用不同蒙皮(铝合金、FMLs)的前缘结构在鸟撞作用下的变形破坏模式及吸能效果。结果表明：采用适当铺层的FMLs蒙皮可以有效地提高前缘结构的抗鸟撞性能。研究结论对飞机结构的抗鸟撞研究具有一定的参考价值。     

飞机层合风挡鸟撞击有限元数值模拟

建立了鸟撞击层合风挡三维有限元分析模型,对层合材料采用具有失效模型的率型本构模型,用非线性接触-碰撞有限元程序模拟了飞机层合风挡的鸟撞击动响应过程,给出了层合风挡鸟撞的计算实例,讨论了层合风挡结构被鸟冲击变形破坏的机理,数值模拟结果为层合风挡抗鸟撞击叠层设计提供了理论依据。     

民机机头复合材料风挡结构鸟撞分析

在鸟体撞击风挡结构过程中,鸟体与风挡结构撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后建立了包括风挡玻璃、风挡骨架以及蒙皮在内的民机全尺寸风挡结构抗鸟撞动响应分析的有限元模型,进行了鸟撞数值模拟,其中风挡骨架与蒙皮采用复合材料。全尺寸的复合材料风挡骨架目前还没有应用到民机上,因此,对复合材料风挡结构的研究是很有意义的。     

某直升机主减速器行星轮系功质比的区间多目标优化

针对某型直升机主减速器行星轮系功质比的优化问题,建立含有密度和啮合摩擦因数等不确定性参数的区间多目标优化函数及相应的约束函数,利用改进的区间多目标分层优化方法,得到多目标优化函数的最优结果区间和参数变量,对优化前后主减速器行星轮系的传动性能进行深入比较。根据优化结果设计直升机主减速器行星轮系的传动效率试验方案,试验结果表明:区间多目标优化后主减速器行星轮系质量减少6.2%,传动效率提高2.14%,且效率曲线变化随着载荷的波动更加趋于稳定,说明区间多目标优化方法应用于某型直升机主减速器行星轮系功质比优化方面的有效性。      

风扇转子的气动优化设计研究

风扇转子气动优化设计是结合CFD、遗传算法和风扇特性的跨学科自动设计方法,这种设计较少依赖经验,能实现多目标和多设计参数组合的优化设计。先研究了四个关键技术：具有耗时少、计算较准确的叶片通道流场数值计算方法;具有良好寻优能力的数值最优化方法;三维叶片造型的参数化方法;以气动性能为目标的多目标函数构建方法。再将上述四个关键技术模块整合,构建简易的气动优化设计软件。三维叶片优化算例证明了该软件的设计能力,其设计结果较满意、设计效率较高、设计周期短。     

Overview of some optimal control methods adapted to expendable and reusable launch vehicle trajectories

Launcher trajectory optimization is a complex task, especially when considering the specific problems arising in the study of reusable launch vehicles. Part of the difficulty comes from the different characteristics of the trajectory arcs which make up the vehicle's mission (constraints and controls may not be the same). Another difficulty is the necessity, in some cases, of a global optimization between ascent and re-entry phases (branching optimisation). Finally, optimization tools devoted to this task should be polyvalent and robust, as the studies of reusable launch vehicles usually cover many different concepts, and also many different trajectory cases (such as abort scenarios). The purpose of this paper is to present different approaches used in France by CNES and ONERA to solve optimal control problems in the context of launcher trajectory optimization. These approaches, which are powerful implementations of classical optimization methods, were designed to cover the needs for both expendable and reusable launchers trajectory calculation. The first optimization tool presented is OPTAX, which uses an indirect shooting method. The second and third tools presented are CNES's ORAGE and ONERA's FLOP/OLGA, which use two different variants of the gradient method. The paper describes the equations and methodology behind these tools, and also presents their advantages and drawbacks.     

Direct Optimization of Low-thrust Many-revolution Earth-orbit Transfers

Low-thrust Earth-orbit transfers with 10^?5-order thrust-to-weight ratios involve a large number of orbital revolutions which poses a real challenge to trajectory optimization. This article develops a direct method to optimize minimum-time low-thrust many-revolution Earth-orbit transfers. A parameterized control law in each orbit, in the form of the true optimal control, is proposed, and the time history of the parameters governing the control law is interpolated through a finite number of nodal values. The orbital averaging method is used to significantly reduce the computational workload and the trajectory optimization is conducted based on the orbital averaging dynamics expressed by nonsingular equinoctial elements. Furthermore, Earth's shadowing and perturbation effects are taken into account. The optimal transfer problem is thus converted to the parameter optimization problem that can be solved by nonlinear programming. Taking advantage of the mapping between the parameterized control law and the Lyapunov control law, a technique is proposed to acquire good initial guesses for optimization variables, which results in enlarged convergence domain of the direct optimization method. Numerical examples of optimal Earth-orbit transfers are presented.     

大涵道比风扇叶片气动优化设计

应用自动优化方法进行大涵道比风扇叶片三维气动设计,数值最优化采用遗传算法,并利用网络通讯协议实现多CPU并行优化,大幅度缩短优化耗时.对风扇叶片型面、叶片积叠线、子午面流道、叶型安装角和叶型弦长采用基于修改量的参数化方法、结合遗传算法设计参数范围限制,以达到优化过程生成个体的可控制、合理性.采用Denton黏性体积力方法进行流场计算,较大程度减少流场计算耗时,进一步缩短优化时间.以提高设计点风扇效率、保持设计点总压比和流量不变为优化目标,并对非设计点性能进行全工况校核.通过两次不同设计参数设置的优化,最终优化风扇效率由09463提高到09560;稳定裕度由112%增加到219%.最终优化风扇叶尖处激波前马赫数略有下降,且激波向通道内倾斜,因此激波及激波造成的附面层损失下降,且稳定裕度增加.      

一种基于鲸鱼优化算法的飞行动作识别规则提取方法

针对飞行动作识别规则提取,传统智能优化算法存在调节参数多、易陷入局部极值等问题,介绍了一种新型仿生智能算法:鲸鱼优化算法。利用该算法参数简单,快速收敛性和全局优化的优点对符号化的飞行参数规则属性进行组合寻优,计算出相应的飞行动作识别规则。经过测试函数及仿真实例表明,鲸鱼优化算法寻优精度高于传统智能优化算法PSO,提取的规则相比BPSO方法更简洁、有效。     

金属次加筋结构的单轴压载稳定性优化

针对在新型制造技术背景下的航空轻量化结构发展,提出了次级加筋结构3种可能的形式,并对金属次加筋结构的稳定性问题进行了数值计算与优化研究。基于多学科优化软件ModelCenter与有限元(FEM)软件ABAQUS建立了金属次加筋结构优化设计的软件框架,利用粒子群优化(PSO)算法对各形式下次加筋结构的参数配置进行优化。分析了各形式的优化结构在单轴压载作用下,次加筋板对传统加筋板临界屈曲载荷以及极限承载能力的增益效果。结果表明,引入次加筋结构使传统加筋板的稳定性能与极限承载能力提升明显,对于适应新制造技术的航空轻量化结构设计有一定参考价值。     

分析模型参数化建模在飞机多学科优化设计中的应用

 论述分析模型参数化建模在飞机多学科优化设计中的重要意义,提出一种机翼气动与结构分析模型参数化建模方法。优化设计变量与机翼气动计算网格的中间参数变量用于描述机翼气动网格变形情况,并建立结构有限元网格与优化设计变量的空间变化关系,实现机翼气动/结构多学科优化设计模型的参数化描述。气动性能计算采用基于N S方程的计算流体力学方法,利用试验设计方法（DOE）和响应曲面模型（RSM）技术构造气动响应曲面用于优化设计,结构计算调用MSC/NASTRAN完成。采用Pareto遗传算法对一大展弦比复合材料机翼模型进行了多学科优化设计分析,得到Pareto前沿面和可选方案以供决策者选择。     

Optimization and design of an aircraft's morphing wing-tip demonstrator for drag reduction at low speed,Part Ⅰ–Aerodynamic optimization using genetic,bee colony and gradient descent algorithms

In this paper, an ‘in-house' genetic algorithm is described and applied to an optimization problem for improving the aerodynamic performances of an aircraft wing tip through upper surface morphing. The algorithm's performances were studied from the convergence point of view, in accordance with design conditions. The algorithm was compared to two other optimization methods,namely the artificial bee colony and a gradient method, for two optimization objectives, and the results of the optimizations with each of the three methods were plotted on response surfaces obtained with the Monte Carlo method, to show that they were situated in the global optimum region. The optimization results for 16 wind tunnel test cases and 2 objective functions were presented. The 16 cases used for the optimizations were included in the experimental test plan for the morphing wing-tip demonstrator, and the results obtained using the displacements given by the optimizations were evaluated.     

基于静动态特性的偏置动量轮轮体结构优化

对最高转速7000 r/min的3N·m·s偏置动量轮轮体综合其静动态特性建立结构优化数学模型,进行优化设计.依据人工材料变密度法,对轮体进行三维静动态拓扑优化,得到趋于4根工字梁辐条结构的概念模型;并提出工字梁与矩形辐条两种模型,采用ANSYS零阶方法分别进行尺寸优化,所得体积均为1.51×10-4m3,但工字梁辐条轮体一阶弹性频率(1468.0 Hz)高于矩形辐条轮体(1413.5 Hz),结构更优,进而验证了拓扑优化结果的合理性.研究方法对减小设计质量、降低轮体振动水平等具有借鉴作用.