基于遗传算法的升力体外形优化设计

升力体由于低热流率再入物理特性和高效的内部容积利用率，是高超声速飞行器气动外形的一种典型布局.文章对升力体飞行器进行参数化数值建模，并提取其表征外形的参数作为设计变量，综合考虑飞行器再入过程中的气动力、气动热、容积利用率及稳定性等性能指标.运用多目标混合遗传算法对升力体进行了多变量、多约束下的气动外形优化设计，获得了再入飞行器外形的最优Pareto解.数值模拟结果表明，典型状态下最优Pareto解与CFD结果相差12%，验证了优化结果的准确性.      

三维跨音速压气机叶栅多目标气动优化设计

提出了一种多目标差分进化算法(MDE),典型函数试验结果表明该算法具有优秀的多日标寻优能力,满足多目标气动优化设计的要求.耦合并行多目标差分进化算法、三次B样条曲面造型方法和CFD求解技术,提出了新的轴流式叶轮机械叶栅三维多目标气动优化设计方法.选择等熵效率和总压比为目标函数,完成了NASA Rotor37转子叶栅的多目标气动优化设计.优化后叶栅的气动性能明显提高,表明该方法具有良好的优化性能和应用前景.     

多目标优化设计方法在翼型气动优化中的应用研究

本文将粘性流场分析与数值优化方法结合起来,由粘性流场分析得到升力、阻力等气动参数作为样本训练神经网络,并用训练好的神经网络来预测优化目标函数,分别采用了多日标遗传算法与多目标粒子群算法,对一种跨音速翼型的气动性能进行了多目标优化设计,并采用模糊偏好信息的多属性决策方法对多个优化解进行评价选优.算例研究表明,两种多目标优化算法都能得到有限多个多目标优化解,通过多属性决策方法评价选优的优化翼型气动性能有明显提高.     

面向多目标动态优化设计的混合遗传算法

多目标动态优化设计问题中，特征值或结构响应等目标函数是一个复杂的非线性隐函数，可行性域态不良、解空间一般是多连通的，缺乏高效率的分析和优化算法。此外，在进行动态设计的同时，往往要求设计结果能够使多个相互矛盾的目标如重量、容积等得到优化。因此，动态设计问题实际上是一个具有高度非线性、解空间复杂的多目标动态优化问题，这类问题既具有一般多目标优化问题的复杂性，又具有动态设计问题固有的困难性。     

基于遗传算法的透平级多目标优化设计

本文发展并完善了一种基于非受控解的排序、基于共享机制的小生境技术和交配约束的多目标遗传算法,在一元热力设计基础上,对一个透平级取实际压力与给定压力的差值和级的作功能力为目标函数进行了优化。算例表明该算法具有同时捕获—组解的能力,对于解决多目标优化问题具有很强的适应性和合理的优化结果,是一种有效的多目标优化方法。     

多级轴流压气机变几何扩稳多目标优化分析

对轴流压气机叶型流动损失和落后角模型进行了系统归纳与整理,并将其与逐排基元叶片模型相结合,建立了计算多级轴流压气机特性工程方法,并进一步将其与锦标赛式遗传算法相结合,发展了一种新的多级轴流压气机变几何扩稳多目标优化算法,并成功应用于某型8级轴流压气机扩稳分析,取得了明显成效。与单目标优化相比,多目标扩稳调节能明显改善压气机性能,其最大效率提高了近4个百分点,且静叶安装角调节范围也明显减小。     

基于全叶片曲面参数化方法的涡轮气动优化

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参数化方法实现了叶片吸力面和压力面的同时变形控制,减少了优化控制变量,具有型面光顺性和构造便捷性。对TTM跨音涡轮开展全局气动优化设计研究,结果表明：优化历时约70 h,涡轮设计点绝热效率提升0.48个百分点,流量增加0.97%,膨胀比下降0.32%,验证了曲面参数化优化方法对涡轮气动优化问题的有效性、工程实用性和降维特性。     

基于免疫遗传的多目标优化

提出了一种免疫遗传算法(MOGA)用来解决多目标优化问题。在该算法(MOGA)中,使用了高斯变异算子,提高了收敛速度;创建了记忆细胞集来保存每代所产生的Pareto最优解。此算法与NSGAⅡ算法进行模拟实验结果进行对比,通过比较发现,该算法无论是在个体的多样性还是收敛性上都要比NSGAⅡ算法好,表明免疫遗传算法在解决多目标优化问题上具有可观的研究前景。     

波纹流道动力电池冷板的多目标优化设计

相对于直通道冷板,波纹通道冷板在锂离子动力电池的散热中具有更好的综合换热性能。本文将多目标遗传算法与仿真软件直接耦合,通过优化波纹微通道冷板的4个结构参数来降低热阻和压差。结果表明,周期数和振幅的增加使得整个冷板与工质之间的换热面积与扰动程度不断增加,从而提高了换热性能。此外,减少通道宽度可以提高通道中工质的雷诺数,同样有强化传热的作用。为了探究影响冷板性能的关键参数,本研究使用了Spearman相关系数进行表征,对比结果表明通道宽度与冷板性能间的关系最为显著,可为后续应用提供一定的指导。     

多目标优化的舰船磁场建模方法

针对舰船磁场混合模型建模中存在的建模精度不高和稳定性差的问题,提出一种高精度稳定模型建立方法,结合混合模型中磁偶极子参数与舰船结构的相关性,以建模精度和模型稳定性为目标构造了多目标函数,通过对多目标函数优化获得合理的磁偶极子参数,间接地将建模求解问题转化为多目标函数优化问题.利用多目标粒子群优化算法进行求解,得到了建模...     

高超声速飞行器宽速域翼型多目标优化设计研究

高超声速飞行器正向着速域更宽、空域更广、航程更远的方向发展.因而对于现代高超声速飞行器的设计而言，除了保证高超声速的性能外，还必须兼顾满足工程需求的亚声速、跨声速、超声速特性.文章对薄翼型在不同速域下的流动机理进行分析，总结了不同速域下翼型增升减阻的设计准则，然后采用RANS方程流动求解器，结合基于Kriging模型的代理优化算法，开展了高超声速飞行器宽速域翼型的优化设计研究.首先，以NACA64A-204翼型为基准翼型，采用线性加权法进行了考虑亚、跨和高超声速气动特性的多轮次宽速域翼型优化设计研究，得到了一种宽速域性能得到改善的新翼型.然后，以优化得到的新翼型为原始翼型，开展多目标优化设计，获得了宽速域翼型两目标和三目标的Pareto最优化解集.      

基于翼身融合布局载机的组合空射飞行器概念设计与气动优化

提出了一种使用翼身融合布局载机背载火箭助推空天飞行器的概念设计及其载机平台的气动优化设计, 本设计第1级是1个大型亚跨声速翼身融合布局载机, 第2级是两个推进剂外贮箱, 第3级是一种有翼火箭推进飞行器, 空基发射相对陆基或海基发射的优势是在同等入轨质量条件下, 可以大幅度减小初始发射质量, 大幅度节省推进剂, 显著降低发射成本, 提高空天发射的便捷性, 经过设计估算, 可以1×106 kg量级起飞达到陆基多级火箭2×106 kg量级发射航天飞机级质量的目的, 并可以重复使用。对于第3级飞行器, 利用空天飞行器因其具有的高度和速度而蓄积的引力势能和动能, 具有实现环球飞行量级的大航程高速无动力滑翔飞行的潜力, 探索空射型助推滑翔式系统如何将这些巨大能量缓慢释放用于实现无动力远距离高空高速滑翔飞行。考虑到高超声速飞行器部分的气动优化潜力有限, 利用多点多约束气动优化设计方法实现了载机平台高空发射状态升阻比的较大增加和起飞状态升力系数的显著增长, 用以增大载机平台的载重能力, 而载重能力的增加可用于提升空射系统的入轨质量或者滑翔航程, 从而优化系统整体。      

基于气动反问题的风力机翼型优化设计

翼型气动优化设计的核心在于快速、准确的流动性能分析与快速、可靠的寻优算法。本文提出通过控制翼型表面预期流动分布,应用气动反问题方法,求解性能优化的翼型气动设计新方法。本文的翼型流动分析是基于位势流动与边界层积分方程的迭代解法。气动参数寻优采用了基于多变量搜索的加速POWELL算法,在确定的参数空间内,遍历搜索最佳性能点,可以保证最终优化解的全局性。气动反问题求解采用了壁面喷吸气模型。计算案例表明,本文方法的计算时间少,在流动不分离时具有与RANS同等计算精度,为快速开发低速风力机翼型提供了一个有效的设计方法。     

基于分解策略的飞行器气动隐身优化设计研究

为了综合提高飞行器的气动性能与隐身性能,文章利用基于分解策略的梯度优化方法,对某跨声速机翼进行气动隐身综合优化设计.采用Tchebycheff方法,将气动隐身多学科多目标优化问题分解为多个单目标优化子问题,再对每个单目标子问题进行梯度优化.通过求解离散伴随方程获得气动目标对设计变量的梯度,采用自动微分方法对物理光学法（physical optics,PO）程序进行微分,即可得到雷达散射截面（radar cross section,RCS）对设计变量的梯度.经过综合优化,获得优化解集中各给定权重系数对应下的分支解,相比初始机翼,优化机翼的阻力系数减小,升阻比提高,重点方位的雷达散射截面均值减小,验证了该优化设计方法具有较好的实用性.      

基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计

本文研究并给出了基于离散伴随理论和自动微分技术构建离散伴随系统的方法、伴随系统的求解策略以及基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计流程,建立了相应的优化设计系统。利用该优化系统在无黏环境下,以叶栅通道进出口的熵增率为目标函数、以叶栅通道内的质量流量为约束,对某二维跨音速透平叶栅进行了气动优化设计。与优化前相比,优化后透平叶栅进出口熵增率减少8.82%,质量流量变化幅度小于0.003%。优化结果表明,本文提出的优化系统能够有效改善透平叶栅的气动优化性能,验证了本文提出的基于离散伴随方法的透平叶栅气动优化设计方法的正确性与有效性。     

升力体外形布局参数对横侧向耦合稳定性的影响分析

针对高速飞行器存在横侧向耦合易失控问题,建立了基于部件组合思想的CST几何外形参数化建模方法,以升力体外形为例,采用拉丁超立方试验设计方法和高速气动特性快速分析方法,分析了升力体主要布局参数对横侧向耦合稳定性参数开环动态偏离稳定判据（C_nβ,dyn）和闭环横向控制偏离判据（LCDP）的影响规律.升力体外形主导布局参数对横向操纵滚转反逆参数LCDP是二次非线性影响,横侧向稳定性的主导布局参数随着攻角变化有明显变化.文章为耦合稳定性影响规律研究建立了有效的分析方法,研究结论可为高超声速升力体式飞行器总体抗失控设计提供规律建议.      

Multi-Objective Optimization and Performance Assessments of an Integrated Energy System Based on Fuel,Wind and Solar Energies

The integrated energy system (IES) is an efficient method for improving the utilization of renewable energy. This paper proposes an IES based on fuel, wind and solar energies, following an optimization study focused on determining optimal device capacities. The study included gas turbines, wind turbines, solar photovoltaic panels, ground source heat pumps, absorption chillers/heaters, batteries, and thermal storage. Objectives were incorporated into the optimization model for the overall performance of the IES; these included the primary energy saving rate, annual cost-saving rate, and carbon dioxide emission reduction. Then, the nondominated sorting genetic algorithm II was employed to solve the optimization problem for multiple objectives. Ultimately, the verification and sensitivity analyses of the optimization method were achieved by a case study of hospital buildings in Harbin. The optimization results indicated a primary energy saving rate, annual cost saving rate, and carbon dioxide emission reduction rate of 17.3%, 39.8%, and 53.8%, respectively. The total installed capacity for renewable energy generation accounted for 64.5% of performance optimization. Moreover, the price of natural gas affected the economic indicators of the IES–but failed to impact energy consumption indicators.     

Directional Design of Materials Based on Multi-Objective Optimization: A Case Study of Two-Dimensional Thermoelectric SnSe

The directional design of functional materials with multi-objective constraints is a big challenge,in which performance and stability are determined by a complicated interconnection of different physical factors.We apply multi-objective optimization,based on the Pareto Efficiency and Particle-Swarm Optimization methods,to design new functional materials directionally.As a demonstration,we achieve the thermoelectric design of 2D SnSe materials via the above methods.We identify several novel metastable 2D SnSe structures with simultaneously lower free energy and better thermoelectric performance in their experimentally reported monolayer structures.We hope that the results of our work on the multi-objective Pareto Optimization method will represent a step forward in the integrative design of future multi-objective and multi-functional materials.     

A New RWA Algorithm Based on Multi-Objective

In this article , we studied the associated research problems and challenges on routing and wavelength assignment (RWA) in WDM (wavelength division multiplexing) networks. Various RWA approaches are examined and compared.We proposed a new RWA algorithm based on multi-objective. In this new algorithm, we consider multiple network optimizing objectives to setup a lightpath with maximize profit and shortest path under the limited resources. By comparing and analyzing, the pro posed algorithm is much better than the algorithms, which only consider one optimizing objective.     

基于近似模型的透平机械多目标优化

本文研究了采用多目标优化算法NSGA—II与前馈神经网络的耦合优化方法的收敛性问题。提出了一种改进的拥挤距离和coarse-to-fine的迭代策略,有效地解决了原耦合方法不收敛的问题。在此基础上,提出了基于数值模拟和耦合优化方法的多目标气动设计框架,并对转子37进行了三目标优化。优化结果表明,多目标优化结果的气动性能...