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我校航空学院韩忠华团队获得中国空气动力学科学技术奖二等奖
发布时间:2020-01-12 19:56:20 作者:党浩东 来源:航空学院 已浏览:

西工大新闻网1月12日电党浩东)1月11日,西北工业大学航空学院韩忠华教授代表课题组赴北京领取了中国空气动力学会颁发的科学技术奖。该奖项于2019年首次设立,旨在表彰在空气动力学基础研究、技术创新、成果推广、科学普及及空气动力学教育等方面做出突出贡献的中国空气动力学科技工作者。课题组获得一级学会科学技术奖,研究成果得到行业认同。

图1 韩忠华教授领取获奖证书

图2 获奖证书

附:课题组获奖项目介绍

获奖项目名称为“基于先进代理模型的高维全局气动优化理论与方法”,完成单位:西北工业大学,完成人:韩忠华,张科施,宋文萍,刘俊,张瑜。该项目在5项国家自然科学基金、“十二五”气动预研等项目资助下完成,瞄准未来飞行器对精细化气动布局与外形设计的重大需求,研究发展了基于先进代理模型的高维高效全局优化理论和方法。项目原创的先进代理模型及优化理论和算法,有助于促进设计空气动力学相关学科领域的研究和发展,具有重要的科学意义和广阔的应用前景。此外,项目成果已经被推广应用到国内多家航空航天科研院所和高校,产生了显著的经济和社会效益。

1.本项目主要创新点:


图3 项目的5项创新点及相互关系

1)在国内外首次提出了“分层Kriging”代理模型理论与算法,以及变可信度改善期望(VF-EI)学习函数方法,解决了多层粗细网格变可信度气动优化设计的基础理论与算法问题,提高了优化效率,改善了优化全局性。同时,所发展的分层Kriging模型方法被NASA发布的《CFD 2030愿景》专题报告引用。

图4 “分层Kriging”模型气动算例验证与展示(Han et al., AIAA J, 2012)

图5 分层Kriging模型方法被NASA发布的《CFD 2030愿景》专题报告引用

2)提出了结合Adjoint方法的加权梯度增强Kriging模型理论与算法,解决了在高维代理模型中准确引入Adjoint梯度的理论和算法问题,显著拓展了高效全局优化算法适用的气动优化问题维数。


图6 WGEK模型建模原理展示(Han et al., AIAA J, 2017)

图7 基于WGEK模型的跨声速M6机翼反设计(108个设计变量)(Han et al., AIAA J, 2017)

3)提出了一种特殊并行优化机制,实现了大规模的并行优化设计。该算法综合运用基于统计学Kriging模型的EI、MSP、PI、MSE、LCB等多种优化加点准则,一次增加任意多个样本点进行并行计算;不断更新代理模型,直到所产生的样本序列收敛于优化问题全局最优解。这不仅将代理优化算法拓展为一种进化算法,而且实现了大规模并行优化。

(a)重复50次优化的平均收敛曲线对比(表明所提出方法明显优于现有方法) 

(b)优化机翼的压力云图及65%站位剖面压力分布

图8 基于并行优化机制算法的DLR F4机翼气动优化设计(Liu, et al., SAMO, 2017)

4)提出了针对代理优化的“大规模非线性约束处理方法”。提出了适用于高效全局优化问题的分区域累积约束处理方法,有效解决了带上万个非线性约束的机翼气动/结构综合优化设计问题。


(a)优化收敛历程          (b)机翼优化后上下表面的应力分布云图

图9 含上万个约束的机翼气动/结构优化设计(Ma = 0.76, Re = 2.77×107)(Zhang, et al., SAMO)

5)基于所提出的理论和算法,开发了具有完全自主知识产权的高效全局优化设计软件“SurroOpt 2.0”,并在国内多个高校和研究院所得到成功应用。


图10 多目标多约束高效通用优化软件“SurroOpt 2.0”的功能框图和软件著作权(2018SR1013238)


2.本项目的8篇代表作:

3.项目自主开发的SurroOpt软件应用案例:





图11 SurroOpt软件主要应用案例

图12 SurroOpt软件用于CZ-2C运载火箭子箭落区控制的格栅舵设计


图13 SurroOpt软件用于某宽域飞行器气动布局设计

(审稿:林欢欢)

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