基于复合形方法的翼型优化设计及并行计算研究

摘要

该文将流场分析程序、复合形优化方法和并行计算耦合起来,发展了一种工程实用的翼型优化设计方法,用以提高翼型在单个或多个设计点、多种约束条件下的气动性能.该文采用基于N-S方程的流场计算程序来求解流场,得到升力系数、阻力系数、力矩系数等气动参数,并以其中某个或某些参数构成目标函数.优化设计从一个基本翼型开始,将光滑的几何扰动叠加到基本翼型表面上,形成新的翼型.利用Hicks and Henne型函数生成几何扰动量,以型函数的权系数为设计变量,以某些参数为约束条件,提出优化问题.对于多目标优化,通过对各个目标的权重组合实现单目标化,利用复合形优化方法对形成的目标函数进行最优化,从而得到具有良好气动性能的翼型.对于多目标优化设计,采用基于MPI平台的并行计算策略,针对各个不同的设计点,分别分配不同的计算机CPU进行流场计算,然后将计算所得的参数传递给主机,由主机进行优化过程的计算,提高了优化设计效率.流场分析程序采用雷诺平均的N-S方程,提高了计算结果的可靠性.优化算例研究表明,该文发展的翼型优化设计方法效率高,整个优化过程稳定;因而在工程实际上有较大的应用价值.并行算例表明,该文发展的并行计算思想可以成功运用于多目标的优化设计,使计算效率得到了较大提高.因而该文发展的优化设计方法和并行计算思想在工程实际中有较大的应用价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1.1翼型优化设计的背景、意义

§1.2并行计算在流场求解上的实施

§1.3本文的工作内容

§1.4小结

第二章 流场求解

§2.1引言

§2.2二维N-S方程

§2.2.1控制方程

§2.2.2湍流模型

§2.2.3 N-S方程的边界条件

第三章 数值优化方法

§3.1引言

§3.2有关优化方法的基本概念

§3.2.1设计变量

§3.2.2约束条件

§3.2.3目标函数

§3.3优化方法的分类

§3.4迭代的收敛条件和终止迭代的准则

§3.4.1点列收敛的柯西准则

§3.4.2迭代计算的终止准则

§3.5复合形法

§3.6多目标优化方法

第四章 基于MPI的并行编程

§4.1引言

§4.2 MPI简介

§4.3基于局域网的MPICH

§4.3.1 MPICH介绍

§4.3.2 MPICH的安装及运行

§4.3.3程序设计和运行时经常出现的错误

§4.4 MPI程序设计

§4.4.1 MPI预定义数据类型

§4.4.2 MPI类型匹配规则

§4.4.3 MPI消息

§4.5网络并行计算的加速比及并行效率

§4.6并行计算在本文中的作用

第五章 翼型气动力优化设计方法

§5.1引言

§5.2设计变量的选择

§5.3约束条件

§5.4目标函数

§5.5翼型优化设计约束条件的可行性

§5.6多目标优化设计的并行设计研究

第六章算例分析

§6.1引言

§6.2算例分析

§6.2.1几何约束条件的作用

§6.2.2约束条件的可行性研究

§6.2.3优化过程的适当截取

§6.2.4两个目标的优化设计

§6.2.5优化翼型和基本翼型升阻比性能比较

§6.2.6三个目标的翼型优化设计

§6.2.7并行算例分析

第七章结论与展望

§7.1本文工作

§7.2研究结果

§7.3下一步工作展望

致谢

附图

参考资料

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