张 宁, 王 鹏, 宋保维

基于改进型Kriging-HDMR的翼身融合水下滑翔机外形优化设计

张 宁, 王 鹏, 宋保维

(西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072)

为了使翼身融合水下滑翔机(BWBUG)具有更优的升阻特性, 文中通过在优化过程中引入改善期望(EI)补点策略和移动中心点策略, 对传统克里金-高维模型表示(Kriging-HDMR)优化方法进行了改进, 以达到更准确的预测精度和更高效的优化效率。首先通过基于分类函数变换的参数化方法, 建立BWBUG外形的参数化模型, 然后以最大化升阻比为优化目标, 采用改进型Kriging-HDMR优化方法, 对BWBUG外形进行优化设计。试验结果表明, 优化后BWBUG外形的升阻比比初始外形提高了3.135 6%。

翼身融合水下滑翔机; 克里金-高维模型表示; 外形优化; 改善期望

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翼身融合水下滑翔机(blended-wing-body un- derwater glider, BWBUG)作为一种新型水下滑翔机, 其搭载能力强、能源利用率高、噪声性能好, 应用前景十分广泛。通常来说, 水下滑翔机升阻比越高, 滑翔效率越高。因此在水下滑翔机外形优化设计过程中, 常将升阻比作为优化目标[1-2]。

在实际优化过程中, 使用传统计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法计算水下滑翔机不同外形条件下的升阻比, 存在优化时间长、计算代价高、仿真模型调用次数多等问题。为此, 使用代理模型优化方法对水下滑翔机外形参数进行基于仿真的优化已成为趋势, 该方法通过代理模型代替昂贵的流体仿真计算, 能够有效地减少仿真模型的调用次数[3-6]。然而, 随着优化问题复杂度和维数的增加, 构建代理模型所需采样点数量和计算成本会以指数方式增长, 且难以达到满意的预测准确度, 这就迫切需要一种能够精确对高维非线性问题建模的近似方法。……