基于全局信息的粒子群算法翼型综合优化设计

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1、第31卷2010年第11期11月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTRONAUTICASlNICAV01．31No．11Nov．2010文章编号：1000—6893(2010)11-2166—08基于全局信息的粒子群算法翼型综合优化设计孙美建，詹浩(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)SynthesisAirfoilOptimizationbyParticleSwarmOptimizationBasedonGlobalInformationSunMeijian，ZhanHao(SchoolofAeronautics，Northwester

2、nPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：翼型优化往往需要考虑众多的设计目标和约束条件，对此发展了稳健高效的翼型综合优化方法。在粒子群优化算法中用繁殖策略深度挖掘由Kriging代理模型所获取的全局信息，对基准函数优化、翼型几何外形重构与层流翼型优化问题进行了测试，结果表明该算法可大幅度提高优化速度。将改进的Hicks—Henne翼型参数化方法和雷诺平均Navier-Stokes(N—S)方程流场求解器与优化算法相结合，采用可方便确定权重系数的多目标非线性适应值加权方法，分别对多点、多目标和多约束的超临界翼型与

3、低速翼型进行综合优化，计算结果表明该方法可大大提高气动外形优化的工程实用性。关键词：粒子群优化算法；Kriging代理模型；多目标加权；翼型；数值模拟；翼型参数化中图分类号：V211．41文献标识码：AAbstract：Anefficientsynthesisoptimizationmethodisdevelopedtoobtainoptimalairfoildesignsthatsatisfyalldesignobjectivesandconstraints．Intheparticleswarmoptimization，reproductionofthepa

4、rticlestrategyisusedtOdigtheglobalinformationbasedonKrigingsurrogatemodel．Efficiencyisenhancedgreatlybymappingthesolutionspaceforsomebenchmarkfunctiontestsandairfoilgeometryreshapeandlaminarflowairfoilde—signproblems．AmodifiedHicks-Hennefunctionisusedtoparameterizeairfoils，Reynolds—

5、averagedNavier-Stokes(N—S)flowsolveriscombinedwiththeoptimizationarithmetic，andanewnonlinearweightedsumofmulti—objectivemethodwhichcandeterminetheweightofdifferentobjectseasilyisdeveloped．Supercriticalairfoilandlowspeedairfoildesignproblemswithmulti—point，multi—objectiveandmulti-res

6、trictionaretested．Resultsshowthattheoptimizationmethodcangreatlyimprovethepracticabilityofaerodynamicshapeoptimi—zation．Keywords：particleswarmoptimization；Krigingsurrogatemodel；weightedsumofmulti—objective；airfoils；numericalsimulation；airfoilparameterization随着计算流体力学与计算机技术的快速发展，气动外形的

7、精细优化已经成为提高飞机设计水平的重要手段。气动外形设计又以翼型设计为基础，经过良好设计的翼型能有效改善飞机的气动特性。翼型设计可分为反设计方法和直接优化方法，反设计方法根据给定的目标压力分布求解空气动力反问题u]，可以快速地获得新翼型，但是确定目标压力分布需要丰富的设计经验，而且翼型综合优化时各项气动特性难以取得最佳的平衡。直接优化方法以气动性能为目标，采用确定性或随机性算法进行优化设计‘引，灵活性较强。以遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法等为代收稿日期：2010一01—15；修订日期：2010—05—24基金项目：西北工业大学研究生创业种子基金(Z2009

8、01)通讯作者：詹浩E—mail：zh