多机场终端区进离场交通流协同排序方法

针对大都市及都市圈飞行冲突、空域拥堵和航班延误日益严峻的现状,研究了多机场终端区进离场交通流协同排序问题。综合考虑尾流间隔、跑道间隔、时间窗、进离场容量等约束限制,从时空多维角度引入航班满意度概念,建立了多机场终端区进离场交通流协同排序模型,设计了带精英策略的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II),寻求多机场终端区进离场排序问题的Pareto最优解。实例验证表明,所提方法可对多机场终端区进离场交通流进行优化排序,有效降低航班延误总时间,显著提高航班总满意度,并实现多机场系统对终端区空域资源的公平均衡使用。与经典的先到先服务策略相比,协同排序策略的整体优化效果较为显著,其中航班延误时间得到了一定的降低。     

带时间窗的飞机排班问题优化

为提高飞机排班质量,在以航空公司成本最小化为目标的基础上,兼顾顾客的满意度（航班准时性）和飞机使用数目最小化目标,建立优化的多目标带有时间窗的飞机排班问题模型。结合算例,对三个目标函数都进行处理后,运用粒子群优化算法进行求解,最终得出模型解的运算结果和时间都在理想范围之内,表明新模型有效可行。该模型的建立有助于有效地解决带有时间窗的飞机排班问题,提高排班工作效率。     

基于改进准则法的复合壳阻尼结构拓扑减振动力学优化

针对复合壳阻尼结构的拓扑减振优化问题,以约束阻尼层的有限单元为设计变量,采用体积比、模态频率和振型为优化约束条件,构建以多模态权重系数的结构模态损耗因子数值关系为优化目标函数的拓扑减振优化模型。为了拓展优化目标灵敏度具有不局限于某一变密度法插值模型的形式,推导了数值表达式的一般函数式。动力学优化中优化目标灵敏度正、负数集共存,使得非凸性的目标函数设计变量出现负值或优化函数寻优于局部极值点。为此,推导出复合壳阻尼结构的全域灵敏度改进优化准则法迭代格,以确保每次迭代域均为全域设计变量集。结合有限单元法编程实现了复合壳阻尼结构改进准则法,并对复合壳结构进行拓扑减振优化分析。结果表明：在敷设体积减为全覆盖的50%时,复合壳结构的模态损耗因子增减偏差为10%,具有提升减振的轻量化设计目的;各阶目标函数和拓扑构型所需的迭代次数少,中间密度区域较小,多阶优于单阶模态优化函数,易于获得全域寻优的有效减振。     

多状态空间信息网络拓扑生成优化算法

依据空间信息网络（SIN）高动态性的特点,并考虑卫星工作的多状态特性,兼顾星间通信时延和拓扑抗毁性的要求,研究了多状态下空间信息网络拓扑生成及动态优化的问题。根据卫星星座的周期性,建立了一种卫星网络的拓扑周期表。综合卫星的可视性和连接度等约束条件,以网络平均和最大时延作为通信性能的优化目标,建立拓扑的多目标优化模型。提出一种改进的多目标模拟退火（IMOSA）算法,求解全局时延最优的卫星拓扑,并在考虑多状态情况下对链路进行优化,以满足网络高动态性。最后基于具有66颗低轨（LEO）的铱星星座进行仿真,研究表明：针对多状态条件下的铱星星座,该算法最大化减小了通信时延,得到抗毁性良好的拓扑结构,通信性能较之原有静态拓扑明显得到改善。     

基于伴随方法的单级低速压气机气动设计优化

采用梯度方法对某型4.5级压气机最后级进行气动设计优化研究,梯度由连续伴随方法计算确定,多排伴随方程采用伴随掺混面模型进行数值求解。首先,采用基于经验修正的初步设计方法设计带进口导叶的4.5级低速、低压缩比压气机的原始气动外形。之后,在压气机近失速工况对最后级静子叶片进行伴随气动设计优化,通过优化叶型和安装角降低流动损失,目标函数定义为加权求和形式的熵增和流量偏差,优化中对流量进行约束。最后,开展基于伴随方法的多工况气动设计优化研究,改善两个不同转速条件下最后级的气动性能。优化结果表明,基于伴随方法的多排气动设计优化可以通过改变叶片气动外形提升多排全工况气动性能。     

基于代理模型全局优化的自适应参数化方法

对于翼型气动隐身设计问题,设计变量的配置对设计结果影响很大,而简单地增加设计变量不能保证得到理想的结果。提出一种适用于代理模型全局优化的自适应参数化方法：利用全局敏感性分析方法——基本效应法,得到设计空间关于目标函数的敏感区域信息,并以此为根据增加设计变量;利用节点插入算法将低维样本在高维空间内进行重构,避免了重新取样的工作量。相对于传统固定设计空间维度方法,自适应参数化方法在设计空间的敏感区域扩展维度,能够更加精准地描述外形并反映目标的变化趋势。通过飞翼布局翼型的气动隐身优化算例,证实自适应参数化方法可以大幅提高优化设计质量和效率。     

基于量子行为鸽群优化的无人机紧密编队控制

随着军事、民用需求的提高和相关领域的技术推动,无人机编队协同作业已成为当今人们逐渐关注的焦点。无人机紧密编队是指无人机间侧向距离在1~2倍翼展内的编队,因其可有效改善编队中无人机的气动性能而备受瞩目。基于无人机紧密编队条件下的气动耦合效应,建立三维空间下的状态空间方程描述双机相对运动,并推导了紧密编队条件下的双机最优编队构型,在此构型下将人工势场法和编队控制相结合作为控制系统中的间接控制环,并针对基本鸽群优化算法的寻优缺陷利用量子行为规则对其进行改进,将改进后的鸽群优化算法和无人机控制量结合作为控制系统中的直接控制环,最后通过仿真对比验证了此控制系统对于紧密编队控制的有效性。     

宽裕度超声叶型气动优化设计

通过与德国航天局设计的超声预压缩叶型PAV-1.5试验数据比对,确定高精度超声叶栅流场计算方法,研究表明:根据激波位置分段调整流管厚度可提高计算与试验结果的一致性。为提高超声叶栅稳定工作裕度并保证设计点性能,建立根据目标裕度估算喘点反压方法和优化设计方法。对两个超声叶型进行多目标优化,优化结果表明:优化叶栅可减小设计工况槽道激波入射角、减小激波及激波附面层干扰损失;气动喉道前移、结尾正激波后移,提高叶栅耐反压能力。两个优化叶型在保持总静压比不变的前提下,稳定裕度均达到设计目标,设计点损失也有所下降。     

纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化研究

相比于其他振动形式,纵弯椭圆振动辅助钻削加工在减小深腔孔加工中的切削力和切削热以及减小刀具与孔壁之间的摩擦方面具有明显优势。目前在纵弯椭圆振动辅助钻削装置设计中,钻削刀具等附属部件的安装,使得纵弯椭圆振动辅助钻削装置的实际频率与设计频率存在较大差异,同时纵振和弯振无法获得同频共振模态,为此,对纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化方法进行研究。首先根据椭圆轨迹输出要求对纵弯装置进行总体结构设计,用解析法设计超声换能器和变幅杆,建立纵弯椭圆振动辅助钻削装置初始三维模型,并基于建立的三维模型进行纵弯椭圆振动的运动学建模;其次基于纵弯谐振频率逼近目标频率的原则,用等质量法和简化法减小刀具和ER夹头螺母对谐振频率的影响,并用有限元分析软件ANSYS Workbench通过控制变量法对纵弯椭圆振动钻削装置进行优化;最后根据有限元优化结果确定结构尺寸,进行动力学特性分析,验证了提出的纵弯椭圆振动辅助钻削装置的设计与优化方法。研究表明,本方法可降低刀具等附属部件对频率的影响,实现纵弯椭圆振动辅助钻削装置的同频共振。