缪佶, 龚春林, 李春娜

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072)

小型无人飞行器由于其具有尺寸小、使用灵活、任务执行能力强等多项优势,近些年来在各个领域都受到了广泛关注。为了使飞行器具有更宽的飞行包线,更广泛的应用范围,其翼型需要拥有更优良的气动性能。因此,对小型无人飞行器翼型进行气动优化设计具有重要的意义。

气动优化对于飞行器设计是一种有效的辅助方法。早期的气动优化设计采用工程估算或面元法等低精度模型,单次分析耗时非常短,可以直接进行优化。随着CFD理论和高性能计算机的发展,CFD数值模拟由于具有较高精度而越来越多地被应用于气动优化问题求解。然而,由于CFD计算耗时很长,难以应用于大设计空间的全局优化。

基于代理模型的优化方法,由于能够大大缩减CFD计算成本,逐渐成为气动优化研究的重要分支和关键技术[1]。代理模型的概念最早在20世纪80年代被提出,其作用之一是在分析和优化设计过程中替代那些比较复杂和费时的分析[2]。代理模型方法不仅可以提高优化设计效率,而且有利于滤除数值噪声和实现并行优化设计[3]。常用的代理模型方法主要包括:径向基神经网络模型[4]、多项式响应面[5]、Kriging模型等。然而直接构建代理模型也存在一定的局限性,当样本点少时难以保证模型精度,样本点多时计算耗时很长。对于外形复杂、设计变量较多的气动优化问题,为了确保代理模型的精度,往往需要大量的样本点,从而导致计算成本过大。……