基于工程环境的气动多目标优化设计平台研究

工程环境中,飞机气动力设计面临在多个目标和多种约束条件下寻找最优值,需在较短时限内完成设计优化,并保证最终方案可靠。基于高性能计算环境,采用现代计算流体力学(CFD)数值模拟技术和优化技术等构建了面向实际工程的飞行器气动多目标优化设计平台:采用基于非均匀有理B样条(NURBS)方法的自由曲面变形技术,实现对工程复杂气动外形的参数化表达;采用网格变形技术,实现优化过程中计算网格的自动更新;采用基于有限体积方法和多块结构网格的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程并行解算器进行气动力求解;采用基于精英保留策略的非支配排序的多目标遗传算法(NSGA-II)进行多目标全局优化求解;采用非线性单纯形算法进行局部优化求解,优化过程中,通过人工调整优化种群,引入人工经验,构建"人在回路"的设计流程。以某翼型/机翼气动力优化设计为例对该平台技术进行验证:多目标优化设计可得到清晰的Pareto前沿解分布;优化后的翼型/机翼在满足各项约束的前提下,具备更高的综合气动性能。结果表明:所发展的气动多目标优化设计平台具有很好的工程适用性。     

复合材料舱体零件数控定位技术

文摘复合材料壳体采用手工划线定位零件的装配方式,精度低、重复性差,对工人的操作水平要求较高,而且利用金属划针会造成复合材料壳体表面损伤,为改变手工划线定位现状,提出利用数控设备结合喷涂设备完成零件位置线标记,为保证零件位置轮廓准确性,开展等距喷涂技术研究,构建数控定位轨迹方程,通过数控系统硬件连接组建零件定位系统,通过数控设备结合喷码装置实现复合材料壳体表面零件轮廓位置的喷涂标记,零件定位精度可以满足±0.1 mm的要求,实现了数控定位代替手工操作方式,提升了复合材料壳体零件定位精度和一致性。     

铺放压力和铺放压辊对丝束铺放质量影响的研究

探讨了规则形和不规则形空间曲面产生铺丝轨迹线的方法,借助有限元的自由网格划分技术,在CAE环境下产生曲面的规则网格划分,提取节点位置信息顺序建立铺丝轨迹线。在铺丝轨迹基础上,导出了筒形件的理论铺丝间隙,采用非线性接触有限元技术模拟了铺丝压辊与筒形件模具力学模型,得到最佳铺丝压力与铺丝参数之间的变化规律,通过调节铺丝参数使丝束与模具表面完全贴合,为提高铺丝质量与精度奠定了基础。     

自由曲面配准技术

讨论了自由曲面形状误差检测方法,研究了自由曲面配准技术.采用简单的方法定义测量数据与自由曲面的中心坐标系,并使用主轴法进行预配准,为后续精确配准提供了可靠的初值,避免常规方法易陷入局部最优解的问题.提出了曲面精确配准的迭代优化方法,该方法通过修改目标函数以及适当选取偏差阈值,有效降低局部大误差点对配准结果产生的影响.实验结果表明文中算法的有效性.     

基于CATIA V5系统的非金属曲面零件展开方法研究

提出了一种应用于飞机非金属曲面零件简便实用的展开方法。基于CATIA V5系统环境下,应用可展直纹面分块拟合零件定义复杂曲面,将零件三维轮廓按拟合直纹面进行分块展开,所得的分块展开轮廓在二维工程图纸环境中依据给定的规则拼接成零件完整展开图形,实现此类非金属曲面零件的展开。分析了展开方法产生的误差,给出了实用的展开精度控制方法,实现了在未进行二次开发情况下,获得满足此类零件工程制造精度要求的二维展开图形数据。     

通用导弹雷达罩曲面分片展开系统的开发

根据导弹雷达罩频率选择表面（FSS）的设计要求,研究发展了一种通用的雷达罩曲面的分片、展开算法和相关应用软件系统。算法对任意C2连续曲面,以高斯曲率的绝对值对分片面积的积分与曲面总面积的比值作为曲面是否可展的评定参数,并以此为阈值对不可展开外形雷达罩曲面进行近似分片;使用构造十字基带展开法对分片展开为平面形状。在以上算法基础上,首先使用MFC开发了应用程序框架,并采用OpenGL显示雷达罩曲面的分片操作,最后对分片数据输出AutoCAD格式便于分片贴层材料的切割加工。某型非旋成体导弹头罩的算例表明本文发展的导弹雷达罩曲面分片与展开算法有较高的精度,满足工程设计要求。      

基于PMAC开放式数控系统的研究与应用新进展

介绍了基于PMAC的开放式数控系统硬件、软件结构及系统软件开发的关键技术,并对自由曲面加工开放式数控机床结构、人机对话界面的编制、CNC应用程序的处理、PLC程序的编写、DLL应用程序与PMAC间的通讯等进行了较为深入的探讨。     

空间曲面的非结构网格生成

介绍一种空间曲面的 Delaunay三角形网格生成技术。采用参数表示法将空间曲面变换为平面参数域,引入相关的度量矩阵后将平面参数域进行三角剖分,最后得到空间曲面的三角剖分。空间曲面的边界点作为已知点被给定,内点采用一类自动生成的方法计算,例如按边插点法,Voronoi边插点法等。该方法可以很好地控制曲面网格的质量,使用方便,可以直接用于物理问题数值模拟中的曲面网格生成,也可以用于三维非结构网格生成中提供边界面三角剖分。文中给出的算例说明了本方法的应用情况。     

“曲面投影精加工”五轴策略研究

介绍了Powermill软件中"曲面投影精加工"策略的原理、主要参数及优化方法,列举了曲面投影精加工在五轴零件中的应用。在完成曲面投影精加工设置时应分别忽略参考曲面,优化切入切出,同时进行刀轴设置,生成高效的"曲面投影精加工"五轴联动刀具路径。     

涡轮叶栅冷气掺混数值模拟方法

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格生成技术以及分区网格算法,对某型涡轮叶栅进行了任意数目冷气孔的薄膜冷却全三维N-S方程数值求解,较为详细的阐述了冷气掺混流场中卵型涡的发展规律。结果表明,本文所开发的求解系统能够较好的实现任意分区的流场求解,对涡轮叶栅中冷气喷射流场的描述是合理的。