自由参数空间下典型多学科耦合构件多保真度建模及快速优化

采用理论建模、数值仿真和试验相结合的方法，探索一种在高维非线性空间下基于多保真度模型的快速建模机制和空间映射新算法，建立自由参数空间下多学科耦合构件基于多保真度建模的快速设计优化框架，在相同精度条件下使得设计优化的效率提高50%以上。参数空间一致条件下，研究多保真度建模策略，结合自适应采样方法和边界判定理论，建立大样本粗糙模型数据修正和小样本精细模型仿真相结合的快速代理模型；针对参数空间异构问题，参量提取实现异构空间的设计参数匹配，建立稳健、可靠的非线性空间映射新算法；最终实现自由参数空间下的快速建模与优化，并将研究成果应用于典型多学科耦合构件-涡轮冷却叶片的设计优化，考核所提算法和方法的有效性。本课题的研究，对突破多学科设计优化参数空间的强制一致性要求及计算效率屏障有重要意义，符合现阶段产品设计对性能、经济性与时效性并重的需求，可以为提高我国复杂工业产品设计水平做出贡献。

采用理论建模、数值仿真相结合的方法，探索了一种在高维非线性空间下基于多保真度模型的快速建模机制和空间映射优化算法，实现了固体火箭发动机喷管和涡轮冷却叶片的几何外形优化设计。在流热耦合数值仿真建模、变物理模型、降维分析策略、蠕变寿命试验与预测模型、叶片固有频率计算与试验基础上，建立了固体火箭喷管和涡轮叶片多学科耦合分析模型；开展了参数空间一致条件下多保真建模策略研究，提出了边界判定和边界扩展采样算法，提高了代理模型边界建模的精度；提出了基于大样本粗糙模型和小样本精确模型相结合的快速代理模型方法，充分利用粗糙样本包含的大量信息和精确模型拥有的精确数据信息，提高代理模型建模的可计算性和并行特性；提出了代理模型建模的敏感区域判定和区域致密化采样策略，实现了代理模型建模的自适应采样算法，提高了极值区域的计算精度和优化收敛速率。基于传统空间映射算法，提出了参数空间基于响应非线性映射新算法，算例表明算法的可行性。基于多保真度模型方法，实现了固体火箭喷管和涡轮叶片几何外形的多学科设计优化，提高了喷管推力性能和涡轮叶片的综合性能，表明本项目提出的算法和方法对高维非线性空间问题优化的有效性。