鸭式制导炮弹气动外形优化设计方法研究
机械优化设计论文(基于MATLAB工具箱的机械优化设计)
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
基于遗传算法的翼型气动优化设计
第18卷第3期2000年9月 空 气 动 力 学 学 报 ACTA AER ODYNAMICA SINICA V ol.18,N o.3Sep.,2000收稿日期:1999205226;修订日期:1999211217. 基于遗传算法的翼型气动优化设计 王晓鹏,高正红 (西北工业大学,西安710072) 摘要:采用遗传算法进行跨声速翼型的反设计与阻力和升阻比的优化设计。翼型的反 设计达到了设计要求,优化设计后的翼型其气动特性也有显著的改善,这表明了遗传算法应 用于翼型气动优化设计的可行性。在优化设计的过程中,翼型由解析函数线形叠加法表示, 目标函数和个体的适应值由二维欧拉方程的流场解来提供。 关键词:翼型;遗传算法;气动优化设计;欧拉方程 中图分类号:V21111 文献标识码:A 文章编号:025821825(2000)0320324206 0 引 言 遗传算法是一种基于达尔文自然选择和进化规则的优化搜索方法。该方法通过模拟自然界生物适者生存、优胜劣汰的遗传法则使解的性能逐步趋优。它无需传统优化方法对搜索空间的苛刻要求,因而具有极强的鲁棒性。此外,采用遗传算法进行优化设计时,仅用到个体的目标函数值,不要求函数具有连续性和可导性,因此特别适合处理复杂的工程优化问题[1,2]。 本文应用遗传算法对跨声速翼型进行优化设计。首先进行翼型的反设计,使优化设计的翼型具有预先给定的压力分布,以验证优化设计方法和程序的正确性和有效性;然后优化翼型形状,使其在给定的约束条件下具有最小的阻力或最大的升阻比。 1 遗传算法 基于遗传算法的气动优化设计是由模拟生物的进化过程演变而来的一种飞行器外形设计方法。它是通过遗传算法中复制、杂交和变异算子的操作来实现的。复制是进化个体经过赌盘选择,使父代的优良个体以较大的概率在子代中得到继承的遗传过程。杂交是指父代中的个体随机的交换染色体中的基因而在子代中产生新的个体。变异是个体染色体中的基因以变异概率发生随机性改变的过程。可见,杂交和变异使后代中产生新个体,复制使父代的基因在子代中得以继承,从而使生物物种在继承的基础上不断进化。 采用简单遗传算法[3]进行优化设计时,需要确定设计变量及其变化范围,在此基础上对所有父代个体进行二进制编码,编码后的个体经过复制、杂交和变异算子的作用产生进化的子
机械优化设计方法论文
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
透平叶片的气动优化设计系统
第33卷 第1期2004年3月 热力透平 THER M A L T UR BI NE Vol.33No.1 Mar.2004透平叶片的气动优化设计系统 袁 新1,林智荣1,赖宇阳2,陈志鹏1 (1.清华大学热能工程系,北京100084;2.赛特达科技有限公司,北京100080) 摘 要: 发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合:前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法,已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析,并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系;后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台,通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。 关键词: 蒸汽透平;CFD;气动优化设计 中图分类号:T K263.3 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2004)01-0008-06 Aerodynamic Optimization System for Turbine Blade Design Y UA N Xi n1,L IN Zhi2rong1,L A I Y u2yang2,CHEN Zhi2peng1 (1.Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China; 2.Sightna Corporation,Beijing100080,China) Abstract: An aerodynamic optimization system for the hybrid three2dimensional blade design,coupled with com2 putational fluid dynamic analysis and integrated optimization algorithms,was developed in Tsinghua University.The higher2order accurate robust CFD method has been utilized for develo pment of steam turbine blade flow analysis,its dependability has been validated by comparing the numerical results with model turbine test data.The h ybrid three2 dimensional optimization method based on iSIGHT commercial software has been develo ped for turbine blade design. The overall technical integration is starting to be used for further design optimizations and efficiency enhancement of steam turbines. K ey w ords: steam turbine;CFD;aerodynamic optimization design 1 三维粘性杂交问题的气动优化设计 蒸汽轮机是现代发电行业的核心动力机械之一。蒸汽透平的效率越高,其气动损失水平就越低,对环境的污染也就越小。为了提高透平叶片的设计水平以便能最大限度地提高其热效率,我们必须深入全面准确地了解透平内部的全工况流动状态,尽可能采用高精度的计算流体力学(CFD)分析手段来发展蒸汽透平叶片的气动优化设计方法。 近年来,清华大学与国内外蒸汽轮机制造厂家合作,在发展蒸汽透平通流部分设计方面开展了一些共同的研究,尤其在蒸汽透平叶片的流动分析与叶片气动优化设计技术方面开展了深入的研究工作。这主要源于两方面的原因:其一是我们在高精度的数值分析技术方面提出了独具特色的方法[1],不仅用于流动损失机理的研究,还将其作为一个强有力的分析工具纳入到了叶片气动优化设计体系;其二是我们将近年来发展起来的各种先进的优化技术与我们的分析技术耦合起来[2],由此生成了叶片三维粘性杂交问题气动优化平台。 图1显示了叶片全三维粘性杂交问题气动优化平台的要素框图。对于二维叶型成型,采用了非均匀有理B样条(Non2Uniform Rational B2 Splines)技术(简称NU RBS技术)进行叶片的参 收稿日期:2003-09-20 基金项目:国家重点基础研究发展规划(G1999022306)、国家自然科学基金(50076019)资助项目 作者简介:袁新(1956-),男,工学博士,清华大学教授,博士生导师,主要从事叶轮机械气动热力学、计算流体力学与现代优化设计、燃气轮机与蒸汽轮机技术等研究;目前主持有国家自然科学基金、国家973、国家863、航空领域、国际合作等项目及课题。
优化设计的概念和原理
优化设计的概念和原理 优化设计的概念和原则 概念 1前言 对于任何设计者来说，其目的都是为了制定最优的设计方案，使所设计的产品或工程设施具有最佳的性能和最低的材料消耗和制造成本，以获得最佳的经济效益和社会效益。因此，在实际设计中，科技人员往往会先提出几种不同的方案，并通过比较分析来选择最佳方案。然而，在现实中，由于资金限制，选定的候选方案的数量往往非常有限。因此，迫切需要一种科学有效的数学方法，于是“优化设计”理论应运而生。 优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的新技术。这是一种现代设计方法，它根据优化原理和方法将各种因素结合起来，在计算机上以人机合作或“自动探索”的方式进行半自动或自动设计，以选择现有工程条件下的最佳设计方案。其设计原则是优化设计:设计手段是电子计算机和计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。本文将简要介绍优化设计中常用的概念，如设计变量、目标函数、约束条件等。 2设计变量 设计变量是独立参数，必须在设计过程的最终选择中确定它们是选择过程中的变量，但是一旦确定了变量，设计对象就完全确定了。优化设计是研究如何合理优化这些设计变量值的现代设计方法。
机械设计中常用的独立参数包括结构的整体构型尺寸、部件的几何尺寸和材料的机械物理性能等。在这些参数中，根据设计要求可以预先给出的不是设计变量，而是设计常数。最简单的设计变量是元件尺寸，例如杆元件的长度、横截面积、弯曲元件的惯性矩、板元件的厚度等。 3目标函数 目标函数是设计中要达到的目标在优化设计中，所追求的设计目标(最优指标)可以用设计变量的函数来表示。这个过程被称为建立目标函数。一般目标函数表示为 f(x)=f(xl，xZ，？，x) 此功能代表设计的最重要特征，如设计组件的性能、质量或体积以及成本。最常见的情况是使用质量作为一个函数，因为质量的大小是最容易量化的价值度量。尽管费用具有更大的实际重要性，但通常需要有足够的数据来构成费用的目标函数。目标函数是设计变量的标量函数。优化设计的过程就是优化设计变量，使目标函数达到最优值或找到目标函数的最小值(或最大值)的过程。在实际工程设计过程中，经常会遇到多目标函数的某些目标之间存在矛盾，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系目前，对这类多目标函数优化问题的研究还没有单目标函数的研究成熟。有时一个目标函数可以用来表示几个期望目标的加权和，多目标问题可以转化为单目标问题来求解。4约束 设计变量是优化设计中的基本参数。目标函数取决于设计变量。在
中国155毫米精确制导炮弹射程高达100公里
中国155毫米精确制导炮弹射程高达100公里 2012年08月27日 资料图：PLZ-05式155毫米自行榴弹炮。 据加拿大《汉和防务评论》最新一期报道，中国长征贸易进出口公司（ALMT）刚刚披露了一款编号为“WS-35”的155毫米口径精确制导炮弹，其射程竟然达到100千米，几乎与近程弹道导弹有得一拼，但无论成本还是使用弹性都占尽优势。 文章称，近日，ALMT在东南亚武器展上公开推出了供155毫米榴弹炮发射的WS-35式制导炮弹。发射该炮弹的平台当
属PLZ-05式自行火炮，它由兵器工业集团公司生产，而生产炮弹的ALMT则属于航天科技集团公司。 文章援引ALMT武器展板称，WS-35炮弹有两种版本，但都采用GNSS/INS制导方式，尾部安装有四片安定翼，在弹头上也安装了四个安定翼，用于调整飞行姿态。 该公司介绍说，WS-35基本型制导炮弹长1620毫米，重量18千克，理论射速为5发/分，储存时间为10年，其射程可达到100千米，命中误差为40米。 从图片看，WS-35炮弹外型与美国的“亚瑟王神剑”制导炮弹颇为相似。 据悉，亚瑟王神剑是美国陆军开发的第一款全球定位系统制导火炮弹药，是一种模块化弹药，分三种型号，其最大射程达到64千米，且非常精确，命中误差只有10-20米，与传统炮弹高达370米的命中误差相比，可谓是“百步穿杨”。 从这个角度看，WS-35炮弹可谓“中国版亚瑟王神剑”。 资料图：国产155毫米激光制导炮弹。 不过，文章对“中国版亚瑟王神剑”充满了怀疑，文章指出，即使采用火箭增程技术，目前国际上还没有开发出射程
能达到100千米的GPS或GNASS卫星制导炮弹，现有产品的最大射程大致在22-60千米。文章甚至是怀疑是印刷错误，把“10千米”写成“100千米”。 西方军界推测，从ALMT公开的炮弹图片分析，WS-35可能处于投产前期。考虑到WS-35所依赖的发射平台是仅装备解放军的PLZ-05式155毫米自行榴弹炮，未来它是否符合北约组织的技术范围，能否由西方155毫米口径火炮发射尚在争议之中，因此它的出口前景似乎也飘忽不定。 不过，也有学者认为，WS-35具备100千米射程并非毫无可能，联系到推销该炮弹的是中国航天工业部门，依托其深厚的航空空气设计功底，为炮弹配备较好的滑翔弹翼，对弹体进行降阻设计，达到100千米的射程不是不可能。 况且，中国自身远程炮弹制造能力就非常了得，现有的155毫米火炮上发射底部排气弹的射程就超过40千米，连美国军方都极为羡慕。 从未来战争形态看，WS-35炮弹的问世，标志着中国陆军“非接触作战”水平将走在世界前列。 此外，由于精确性的提高，可以大大降低炮弹消耗，使后勤压力得以减少。此外，该炮弹还具有改装为侦察炮弹的基
压气机叶片多工况气动优化设计研究
第５２卷第１期２０１０年２月 汽轮机技术 ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖ０１．５２Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１０压气机叶片多工况气动优化设计研究 孙晓东１，韩万金２ （１哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨１５００４６；２哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００１） 摘要：采用数值优化方法对跨声速压气机转子叶片进行了多工况气动优化设计，并对设计前后的几何形状、总体性能及流场的变化进行了详细的分析对比。结果表明，压气机转子前缘激波后掠可以有效地降低损失。优化后叶片的变工况性能非常好。各个工况点的质量流量基本不变，并且叶片稳定工作范围有所扩大。 关键词：压气机；多工况；激波；质量流量 分类号：Ｖ２３２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８８４（２０１０）０１－００２４－０３ ＴｈｅＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＭｕｌｔｉｐｌｅＬｏａｄｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅＢｌａｄｅｏｆＴｒａｎｓｏｎｉｃＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ＳＵＮＸｉａｏ．ｄｏｎ９１。ＨＡＮＷａｎ－ｊｉｎ２ （１ＨａｒｂｉｎＴｕｒｂｉｎｅＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４６，Ｃｈｉｎａ；２ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮｕｍｅｒｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎＷａｇｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒｏｆｔｒａｎｓｏｎｉｃ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｌｅａｄｉｎｇｅｄｇｅｓｈｏｃｋｗａｖｅｓｗｅｅｐｂａｃｋｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｌｏｓｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｇｏｏｄ．Ｍａｓｓｆｌｏｗｏｆｅａｃｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｔｈｅｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｂｌａｄｅｅｎｌａｒｇｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｓｈｏｃｋｗａｖｅ；ｎｌａｓｓｆｌｏｗ ０前言 在叶轮机械的优化设计中有一个不得不考虑但却难于实现因而很少被考虑的问题，那就是多工况点的气动优化设计问题¨Ｊ。一台好的风扇／压气机必须具有良好的变工况性能，具有较高的喘振裕度。２ｏ。从单工况点优化结果来看，所优化叶片的变工况性能是不确定的，有可能改进也有可能降低，因此优化叶片在实际工程中的应用就受到一定程度的影响。这进一步说明多工况点同时优化是必要的也是必需的。目前，有关采用数值优化方法进行多工况点设计的公开发表的文献还不多见，因此本文以ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７为例，尝试进行多工况点优化设计。 １优化设计方案应面模型，以两个工况点的绝热效率最大为目标，同时对各自工况点的总压比与质量流量加以约束，变化范围不超过０．５％。 １．２网格结构划分 本文采用简单代数法生成常规Ｈ型网格。图ｌ给出了网格结构示意图。 １．１优化方案 在数学上来讲，多工况点的优化问题与多目标优化问题 类似，分别在两个工况点进行响应面模型的建立，然后进行 优化设计。本文选取ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７动叶前缘积迭线为对象 尝试进行多工况的气动优化设计。同时考虑尖峰效率点与图１ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７计算网格示意图 近失速点两个工况，设计变量与上文相同。采用ＩＨＳ方法生１．３边界条件 成的样本分别在两个工况点进行流场计算，然后对两个工况对ＮＡＳＡＲｏｔｏｒ３７的数值模拟也是在设计转速下进行。点的质量流量、总压比、绝热效率分别进行回归分析，建立响边界条件的取法为：进口给定总压和总温，绝对速度方向为 收稿日期：２００９—１０?１９ 作者简介：孙晓东（１９７３?）男，工程师，现主要从事叶轮机械设计营销工作。 万方数据
外军精确制导炮弹现状及发展趋势
外军精确制导炮弹现状及发展趋势 精确制导炮弹自诞生起，就以其惊人的作战效能、最小的附带损伤和弹药消耗，深受军事指挥员们的青睐，成为现代战争中武器装备的亮点。近年来，随着科学技术水平的不断进步，精确制导炮弹的发展突飞猛进，其打击精度和毁伤效能又产生了质的飞跃。 精确制导炮弹概述 精确制导炮弹的产生 一般而言，火炮射程越远，弹着散布越大，命中精度也就越差。同时，弹着散布受到许多因素的影响，像火药燃烧的速度、药温变化、药包的湿度，大气密度以及风向等等，甚至连炮弹顶入炮膛时所用的力量不同也会造成弹着散布的不同。上世纪70年代初，为了有效克服传统火炮弹药的不足，真正提高炮弹的命中率，美军提出研制命中概率不低于50％，或精度在10米以内的精确制导弹药，精确制导炮弹的概念亦由此而来。近年来，美国还发明了一种精确制导组件，加装到普通炮弹上，能使射击精度小于50米，这类炮弹被称为准精确制导炮弹。
1975年，洛克希德。马丁公司获得美陆军发展炮射制导炮弹的合同，于80年代初研制出“铜斑蛇”155毫米半主动激光制导炮弹，使火炮具有了前所未有的精确打击能力。对二战时期的炮兵而言，普通炮弹直接命中目标几乎是一个奇迹，但“铜斑蛇”却创造了奇迹。 前苏联获取了美国陆军研制“铜斑蛇”激光制导炮弹的情报后，为抗衡美国，决定由图拉仪器仪表设计局(KBP)负责研制相应的激光制导炮弹。到了80年代中期，“红土地”152亳米半主动激光制导炮弹研制成功，并投入到当时还在进行中的阿富汗战争。早期生产型的“红土地”炮弹性能并不稳定，几年之后，性能开始稳定成熟。90年代之后，“红土地”成功出口到印度、伊朗、叙利亚、阿尔及利亚和斯里兰卡等国。 精确制导炮弹的分类 从制导模式上主要分两大类：第一类是采用末端制导系统，如采用半主动激光寻的头的“铜斑蛇”和“红土地”。激光半主动制导精度较高，缺点是目标指示器观察员易受攻击。第二类采用全球定位系统，惯性导航系统在飞行中修正弹道。如美国的XM982“神剑”采用的就是依靠GPS航路
机械优化设计方法基本理论
机械优化设计方法基本理论 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 1.2 约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。
翼型多目标气动优化设计方法
翼型多目标气动优化设计方法 王一伟钟星立杜特专 （北京大学力学与工程科学系，北京 100871） 摘要本文将数值优化软件modeFRONTIER同计算流体力学（CFD）软 件相结合，对NACA0012翼型的气动性能进行优化。计算采用N-S方程作 为主控方程以计算翼型气动性能，分别采用多目标遗传算法（MOGA）和多 目标模拟退火算法（MOSA）作为翼型的气动性能优化算法。计算结果表明， 优化后的翼型相对于优化前的翼型的气动性能有很大提高（升阻比增幅可达182％）。 关键字气动优化设计多目标NS方程遗传算法模拟退火算法 Abstract: The combination of the optimization software, modeFRONTIER, and the commercial CFD software is used to optimize the aerodynamic functions of the airfoil, NACA0012.The NS equations are adopted for calculating the airfoil aerodynamic properties (Cl, Cd and etc). Two kinds of optimization algorithm, the Multi-Object Genetic Algorithm(MOGA) and the Multi-Object Simulated Annealing(MOSA), are used in the optimization process respectively. The optimized airfoils show remarkable improvement of its aerodynamic functions (The ratio of lift to drag increases up to 282%) relative to its original one. Key words Aerodynamic Optimization Design, NS Equation, Genetic Algorithm, Simulated Annealing 一、研究背景 翼型的气动力设计是现代飞机设计的核心技术。对于某种原始翼型，使用者往往要求改善其气动力参数（升阻力系数，升阻比等）以提高飞机性能。从已有的大多数算例来看，设计中有两个比较关键的因素[8]： 一，优化算法的选择对最终优化结果具有决定性影响。数值优化方法（Numerical Optimization Method）是与反设计法[9]、余量修正法以及基于现代控制理论方法的气动设计法等方法相并列的一种优化算法。该方法大致可以分为两类[2，6]。第一类是采用一种先后顺序搜索的方式的确定性算法，优点是在少参量时优化搜索速度快，可获得高精度的解，缺点是容易陷入局部最优，计算次数随参量增多而迅速增加。另一类是基于全局搜索的随机性算法。该方法不受搜索空间的限制，不要求诸如连续性、单峰性等假设，比较容易达到全局最优解，但是搜索所耗费的时间相对较长[7]。 二，数值计算的精确性是能够得到准确优化结果的前提条件。数值模拟在工业技术、国防军事以及科学研究中，已经成为一种重要手段。相对于传统的实验方法，数值计算具有很多优点，如节省费用，分析速度快，能给出详细完整的资料，可以不受物理条件限制来模拟真实条件等。目前计算流体力学（CFD）在空气动力学方面起到了越来越重要的作用。CFD可以准确的计算出不同攻角和马赫
车辆优化设计理论与实践_第1章
第1章优化设计的基本概念及相关理论 ● 1.1 概述 ● 1.2 优化设计的基本要素和数学模型 ● 1.3 多元函数的基本性质 ● 1.4 无约束优化问题的极值条件 ● 1.5 约束优化问题的极值条件 1.1 概述 ●优化设计的概念？ ●优化设计是20 世纪60 年代初发展起来的一门新学科，它是将最优化原理和计算 技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新的设计方法，人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。 ●优化设计方法的发展？ ●传统设计方法只是被动地重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。 作为一项设计不仅要求方案可行、合理，而且应该是某些指标达到最优的理想方案。 虽然设计中的优化思想在古代设计中就有所体现，但直到直至20 世纪60 年代，电子计算机和计算技术的迅速发展，优化设计才有条件日益发展起来。 ●优化设计方法的发展？ ●现代化的设计工作已不再是过去那种凭借经验或直观判断来确定结构方案，也 不是像过去“安全寿命可行设计”方法那样，。而是借助电子计算机，应用一些精确度较高的力学的数值分析方法（如有限元法等）进行分析计算，并从大量的可行设计方案中寻找出一种最优的设计方案，从而实现用理论设计代替经验设计，用精确计算代替近似计算，用优化设计代替一般的安全寿命的可行性设计。 ●优化设计方法的发展？ ●近年来，优化设计在汽车设计中的应用也愈来愈广，汽车零部件的优化设计， 各系统的优化匹配等在近十几年也有很大发展，各种减速器的优化设计、万向传动和滚动轴承的优化设计以及轴、弹簧、制动器等的结构参数优化等都得到了广泛研究。 另外，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD) ，在引入优化设计方法后，使得在设计过程既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可以加快设计速度，缩短设计周期。把优化设计方法与计算机辅助设计洁合起来，使设计过程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化问题示例 图为由两根钢管组成的对称桁架。A处垂直载荷P=300000N，2L=152c m，空心钢管厚度T=0.25c m，材料弹性模量E=2.16X107N/c m2，屈服极限σs=70300N/c m2。 求：在满足强度条件和稳定性条伴下，使体积最小的圆臂直径d和桁架高度H。
制导炮弹 欧美海军的新宠
制导炮弹欧美海军的新宠 往往组合使用不同的增程技术，以实现最佳的增程效果。 增程制导弹药 1994年，美国海军与得克萨斯仪器公司签订合同，开始为MK-45 Mod4型127毫米舰炮研制远程制导炮弹，即 EX-171“增程制导弹药”(ERGM)。 ERGM长1．55米，重50千克，外形就像一枚导弹。其基本设计实际源于“死眼”半主动激光制导炮弹，但采用了GPSANS复合制导和火箭助推―滑翔增程技术，据称最大射程可达111千米，精度为10-20米。制导系统是Draper实验室研制的“低成本制导电子单元”(LCGEU)，主要由GPS 接收机、惯性传感器、信号处理器、电源、环境装置等部件组成，采用模块化设计，因此必要时可以方便地更换部件。为了降低成本，LCGEU大量使用了廉价的民用元件，如每轴价格仅为30美元的加速度计，使得ERGM的单价基本可以实现5万美元的预定目标。 ERGM发射后沿弹道飞行，火箭发动机随后点燃。到达
弹道最高点时，制导系统控制弹头前端的鸭式舵展开，并捕捉GPS信号。下落到合适位置时，以亚音速向目标滑翔飞行。到达目标上方后垂直落下，以最大限度地发挥战斗部的效能。ERGM最初选用的是子母式战斗部，内装72枚EX-1子弹药，后来改用18千克的单一式战斗部。 由于比普通的海军炮弹长，ERGM发射时需要两次装填，因此射速从最初设想的20发／分减为10发／分，但它具有所谓“多弹同时弹着”能力，即先后发射的多发炮弹通过不同的弹道和飞行时间，可在同一时间抵达目标，使一门舰炮实现多门舰炮齐射才能达成的效果。就ERGM而言，每分钟发射的10发炮弹可在同一时间命中55千米处的目标，这意味着首次命中就能置目标于死地，不给目标留下任何逃生的机会。如果ERGM采用10发齐射方式，可以完全覆盖450米x100米的区域。 由于射程和重量因素，ERGM发射时的炮口动能高达18兆焦(普通炮弹仅为10兆焦)，因此对火炮身管提出很高要求。为此，美国海军特地为Mk-45Mod4舰炮加固了身管。即便如此，发射ERGM仍然会大大降低身管的寿命。例如，Mk-45 Mod4舰炮身管能够发射超过8 000发普通炮弹，但只能发射不到3 000枚ERGM』匝便说明的是，Mk-45Mod4型舰炮目前已列装部分“阿利．伯克”级驱逐舰，该级舰的大型弹药库可容纳232枚ERGM和232枚普通炮弹。
机械优化设计习题及答案
机械优化设计习题及参考答案 1-1.简述优化设计问题数学模型的表达形式。 答：优化问题的数学模型是实际优化设计问题的数学抽象。在明确设计变量、约束条件、目标函数之后，优化设计问题就可以表示成一般数学形式。求设计变量向量[]12T n x x x x =L 使 ()min f x → 且满足约束条件 ()0 (1,2,)k h x k l ==L ()0 (1,2,)j g x j m ≤=L 2-1.何谓函数的梯度？梯度对优化设计有何意义？ 答：二元函数f(x 1,x 2)在x 0点处的方向导数的表达式可以改写成下面的形式：??? ?????????????=??+??= ??2cos 1cos 212cos 21cos 1θθθθxo x f x f xo x f xo x f xo d f ρ 令xo T x f x f x f x f x f ?? ????????=????=?21]21[)0(， 则称它为函数f （x 1，x 2）在x 0点处的梯度。 （1）梯度方向是函数值变化最快方向，梯度模是函数变化率的最大值。 （2）梯度与切线方向d 垂直，从而推得梯度方向为等值面的法线方向。梯度)0(x f ?方向为函数变化率最大方向，也就是最速上升方向。负梯度-)0(x f ?方向为函数变化率最小方向，即最速下降方向。 2-2.求二元函数f （x 1，x 2）=2x 12+x 22-2x 1+x 2在T x ]0,0[0=处函数变化率最 大的方向和数值。 解：由于函数变化率最大的方向就是梯度的方向，这里用单位向量p 表示，函数变化率最大和数值时梯度的模)0(x f ?。求f （x1，x2）在
(建筑工程设计)工程优化设计
1 最优化设计的基本概念 最优化就是追求最好结果或最优目标，从所有可能方案中选择的最合理的一种方案。在进行工程设计、物资运输或资源分配等工作中，应用最优化技术，可以帮助我们选择出最优方案或作出最优决策。目前，最优化方法在工程技术、自动控制、系统工程、经济计划．企业管理等各方面都获得了广泛应用。 最优化设计是从可能设计中选择最合理的设计，以达到最优目标。搜寻最优设计的方法就是最优化设计法，这种方法的数学理论就是最优化设计理论。 最优化设计方法是现代设计方法的一种。微积分中遇到的函数极值问题是最简单的最优化问题。 I.1函数的极值 最简单的最优化设计问题，就是微积分中的求函数极值问题。它是应用数学的一个分支，已渗透到科学、技术、工程、经济各领域。 例1.1边长为a的正方形钢板，设计制成正方形无盖水槽，如图：1.1所示，在四个角处剪去相等的正方形，如何剪法使水槽容积虽大？ 解：设剪去的正方形边长为x，与此相应的水槽容积为 解出两个驻点x=a/2和x=a/6 第一个驻点没有实际意义。现在判别第二个驻点是否为极大点。因为 V"(X=a/6)=-4a<0 说明x=a/6的驻点是极大点。 结论是，每个角剪去边长为a／6的正方形可使所制成的水槽容积最大。一般记为Max V（x）。 例1.2图1.2所示的对称两杆支架，由空心圆管构成。顶点承受的荷载为2P，支座间距为2L，圆管壁厚为6。设密度为P，弹性模量为E，屈服极限为(T。问如何设计圆管平均直径d 和支架高度H，使支架的重量最轻？ 解：以圆管平均直径d和支架高度H为两个未知变量。支架总重量的数学表达式为 W(H.d)= 2B pbd 最轻支架重量w，一般记为mix W。 式(1.2)中变量d和H还必须满足以下条件： 图1.1正方形钢板图I 2两杆支架 (1)圆管的压应力小于或等于压杆稳定临界应力Φcr。由材料力学可知，压杆稳定的临界应力为 由此得稳定约束条件 (2)圆管压应力小于或等于材料的屈服极限Φy，由此得强度约束条件
中国国防试题1
中国国防试题1 一、选择题 1.国防的类型有扩张型、自卫型、中立型和（B ） A 同盟型 B 联盟型 C 侵略型 D 结盟型 2.国防是（C ）的全面体现 A 国家军事力量 B 国家经济实力 C 国家综合力量 D 国家科技实力 3.我国真正意义上的国家始于（C ） A商朝 B周朝 C 秦朝 D 汉朝 4.我国古代的海防建设开始于（D ） A 隋朝 B 唐朝 C 宋朝 D 明朝 5.我国的国防法规体系按立法权限区分为四个层次，依次为（ C） A 法律、法规、规章、地方性法规 B 法律、规章、法规、地方性法规 C 法规、法律、规章、地方性法规 D 法规、规章、法律、地方性法规 6.《兵役法》第四十三条规定：“高等院校的学生在就学期间，必须接受（C ） A 军事技能教育 B 军事技能教育 C 基本军事训练 D 国防教育 7.按照《兵役法》规定我国公民的合法服兵役的最高年龄限制是（C ） A 16岁 B 18岁 C 22岁 D23岁 8.（A ）负责组织领导全国武装力量的军事行动。 A 总参谋部 B 总政治部 C 总后勤部 D 总装备部 9.中国人民解放军的“三化”建设是指（C ） A 现代化、知识化、革命化 B 现代化、正规化、年轻化 C 现代化、正规化、革命化 D 现代化、知识化、年轻化 10.国防目标的特性有系统性、时限性、明确性、可行性和（D ） A安全性 B 流动性 C 准确性 D动态性 11.我国倡导的是（A ）的军事战略方针 A 积极防御 B 主动进攻 C 防御D消极防御 12.国防教育以（B ）为核心内容。 A 理想信念教育 B 爱国主义教育 C 军事理论教育 D 军事技能教育 13.我国现行的《兵役法》于（ A）第九届全国人民代表大会常务委员会第六次会议通过。 A 1998年12月29日 B 1997年12月15日 C 1999年12月20日 D 2000年12月29日 14.《兵役法》第二条规定：“中华人民共和国实行（ D）相结合、民兵与预备役相结合的兵役制度。 A 义务兵与民兵 B 义务兵与武装警察 C 义务兵与预备役 D 义务兵与志愿兵 15.国防是随着（ B）的出现而产生的。 A 阶级 B 国家 C 军队 D 社会 16.“天下虽安，忘战必危”出自于（C ）。 A 《孙子兵法》 B《孙膑兵法》 C《司马法·仁本》 D 《战争论》 17.下列不属于国防要素内容的是（D ） A政治要素 B 经济要素 C文化要素 D历史要素 18.下列哪个朝代对长城陆续加工增修并逐渐改建成最接近今天的面貌。（B ） A 宋朝 B 明朝 C 唐朝 D 清朝 19.下列哪一项不属于我国国防史的启示。（A ） A 只有军队强大才能有强大的国防 B 只有经济强盛才能有强大的国防 C 只有政治昌明才能有巩固的国防 D 只有民族团结和统一才能有坚强的国防
基于遗传算法的飞机气动优化设计_王晓鹏
收稿日期:2000205228;修改稿收到日期:20012112081 作者简介:王晓鹏(19742),男,博士,现为西北工业大学与 上海航天技术研究院博士后1 第19卷第2期 2002年5月 计算力学学报 Ch i nese Journa l of Com puta tiona l M echan ics V o l .19,N o .2 M ay 2002 文章编号:100724708(2002)022******* 基于遗传算法的飞机气动优化设计 王晓鹏 (1.西北工业大学飞机系,西安710072;2.上海航天技术研究院,上海200233) 摘 要:建立了一种以实数编码技术为基础的遗传算法模型,并把它与通过工程估算的气动分析方法相结合,进行飞机气动外形的单点和多点优化设计。优化设计中,设计变量取为机翼、机身和尾翼的外形及三者之间的相对位置,优化目标是使飞机在跨音速和超音速飞行状态下获得配平状态下最大的升阻比。设计结果表明该优化设计方法是十分有效的,可以用来对具有正常布局形式的飞机进行气动外形的优化设计。关键词:遗传算法;气动外形;优化设计中图分类号:V 21113 文献标识码:A 1 引 言 气动外形设计的目的是设计最合理的气动外形,使飞机在给定的约束条件下获得最优良的气动性能。提高气动性能的基本要求是减小阻力、增加升力和提高升阻比。对于战斗机来说,气动外形设计的成功与否,直接关系到飞机性能的优劣和任务完成的质量。 在借助数值优化方法进行气动外形优化设计时,所选用的优化方法和气动分析方法是否适当,会严重影响到气动优化设计的结果。就数值优化方法而言,梯度法、约束变尺度法、序列二次规划法等传统算法的优化效率较高,但优化的最终结果往往是局部最优的,不能保证达到全局最优解;遗传算法、模拟退火算法、M on te 2Carlo 法等随机性方法的全局性较好,但计算量要比传统算法大得多。迄今为止,已经有人以求解速势方程或Eu ler 方程作为气动分析方法,以遗传算法作为数值优化方法进行翼型和机翼的气动优化设计 [123] ,但是还没有出 现把Eu ler 或N avier 2Stokes 方程求解与遗传算法相结合进行翼身组合体和整机的气动外形优化设计的文献。这其中最主要的原因还在于计算量过大。为了既保证优化结果具有较好的全局性,又尽可能减小优化过程的计算量,有人提出了混合演化策略的概念。所谓的混合演化策略,就是把遗传算法等全局性优化方法与梯度法等局部性优化方法 结合起来,实现优化质量和优化效率的良好折衷。目前,对于混合演化策略的研究尚处于初期,设计理论和方法还不完善。鉴于这种情况,把数值优化方法与气动分析相结合进行飞机气动外形优化设计主要有两种比较现实的思路:要么数值优化方法采用梯度法等传统算法,气动分析采用较精确的Eu ler 或N avier 2Stokes 方程解法;要么数值优化 方法采用遗传算法或模拟退火算法等随机性方法,气动分析则采用计算量较小的工程估算方法或速势方程解法。 由于本文的设计意图是以某型战斗机作为基准,在满足给定约束的情况下进行轻型战斗机的气动优化设计,希望在给定的设计空间中搜索出最优的飞机气动外形,所以选择遗传算法做为优化方法,以保证设计具有全局性最优的特点。在选择气动分析方法时,由于采用较精确的Eu ler 或N avier 2Stokes 方程解法进行气动分析时计算量过 大,对整机的设计显然是不现实的,所以文中以Am es 研究中心A xelson J A 发展的气动估算方 法[426]来进行飞机的气动分析。 2 方法简介 211 遗传算法 基于遗传算法的数值优化方法是由模拟生物的进化过程演变而来的。遗传算法的优化原理是:从随机生成的初始群体出发,采用基于优胜劣汰的选择策略选择优良个体作为父代;通过父代个体的复制(R ep roducti on )、杂交(C ro ssover )和变异(M u tati on )来繁衍进化的子代种群。经过多代的进