基于主分量分析的飞行器气动优化方法研究

The research of aircraft aerodynamic optimization will be carried out based on Principal Components Analysis (PCA) method in this project. The principal components in high dimensional design space and flow variables can be extracted with the PCA method.Three aspects below will be researched primarily: 1. In order to reduce the dimension of the original design space and the problem complexity, dimension reduction of large-scale design variables aerodynamic optimization and hierarchical optimization will be studied based on PCA; 2. By using PCA, the principal components of multi-objective aerodynamic optimization can be selected, and object-dimensional reduction will be researched based on the former basic results.3. Nonlinear principal components analysis method and its application will be studied to improve the principal components quality. It will aslo reduce the contradiction among the design space adequacy, the reconstruction accuracy and robustness of the system. Based on the above studies, the complexity of large-scale design variable optimization and high dimensional multi-objective optimization problems will be reduced, effective feedback of flow field information will be realized in optimization process, and the aerodynamic optimization design efficiency and design quality will be improved greatly.

本项目基于主分量分析（PCA）方法开展飞行器气动优化研究，利用PCA方法对高维度设计空间与流动参数进行主分量分析、处理，重点针对以下三个方面开展研究：1.基于PCA方法的大规模设计变量气动优化的降维，以及分层优化处理方法，降低原始设计空间的维度以及问题复杂性；2.通过对高维数多目标气动优化的进行主分量分析，基于各个要素对主分量的贡献系数进行目标维数降维研究；3.研究主分量非线性提取方法以及在优化中的应用，提高主分量提取质量。同时降低设计空间充足性、重构精度与系统鲁棒性之间的矛盾。通过对以上内容的研究，降低大规模设计变量及高维数多目标优化等气动设计问题的复杂性，实现优化过程中流场信息的有效反馈，大幅度提高飞行器气动优化设计效率与设计品质。

高维度设计空间、高维度目标空间优化是飞行器气动外形综合设计面临的重要基础科学问题，由此带来的种群规模庞大，计算资源需求倍增，收敛速度放缓等问题。本项目基于主分量分析（PCA）方法开展飞行器气动优化研究，利用PCA方法对高维度设计空间与流动参数进行主分量分析、处理，主要完成了以下方面的内容：1)基于PCA方法的设计变量主分量分析及设计空间降维研究。2)基于主分量分析结果的气动分层优化与高维多目标优化降维。3)基于PCA主分量的流场信息重构方法与气动外形反设计研究。4)考虑不确定因素的稳健型气动优化研究。通过对以上内容的研究，实现了有效的设计变量空间降维、目标空间降维方法，以及三维物面压力分布重构、反设计方法，针对多约束、多目标优化问题实现了稳健设计，大幅度提高了飞行器气动优化设计效率与设计品质,并通过典型气动优化设计问题进行验证。发表论文7篇，其中SCI收录3篇(同时EI收录)，EI收录1篇，核心期刊录用论文1篇；获“民用飞机气动外形多学科多目标优化设计”软件著作权一项，培养硕士研究生一名。相关研究成果应用于实际型号研制中，为军用、民用飞机多学科优化、气动外形综合设计提供有力的技术支持。