氣動懸浮列車串聯(lián)翼布置的空氣動力學(xué)優(yōu)化.pdf

1、為了探索氣動懸浮列車串聯(lián)翼布置形式對整車氣動性能的影響以及串聯(lián)翼之間的流動機(jī)理，并得到氣動性能較優(yōu)的串聯(lián)翼布置形式，本文主要研究三個方面的內(nèi)容：氣動懸浮列車模型的風(fēng)洞實驗，數(shù)值模擬，以及串聯(lián)翼布置的多目標(biāo)優(yōu)化。
　　在風(fēng)洞實驗部分，設(shè)計并制作前后翼可調(diào)的氣動懸浮列車模型，并根據(jù)氣動懸浮列車設(shè)計行駛工況搭建合適的實驗臺架。經(jīng)過實驗測得前后翼攻角和相對位置放生變化時氣動懸浮列車的不同氣動力結(jié)果并得到部分工況下前后翼上表面流動可視化結(jié)果

2、。實驗結(jié)果反映出隨前后翼狀態(tài)參數(shù)變化時氣動懸浮列車氣動力特性的變化趨勢，為之后數(shù)值計算模擬的網(wǎng)格策略及分析提供了依據(jù)。
　　在數(shù)值模擬部分，根據(jù)風(fēng)洞實驗結(jié)果，建立相似模型并劃分網(wǎng)格，經(jīng)過多次嘗試確定優(yōu)化所需的網(wǎng)格策略。通過對氣動懸浮列車模型的模擬，探索串聯(lián)翼周圍氣體的流動機(jī)理。模擬結(jié)果展現(xiàn)了前后翼之間、模型尾流區(qū)以及 U型軌道附近等區(qū)域氣流流動狀態(tài)，為分析串聯(lián)翼之間流場的相互影響以及軌道對氣動懸浮列車氣動性能的影響提供了基礎(chǔ)，為氣

3、動懸浮列車氣動性能的優(yōu)化做了鋪墊。
　　在串聯(lián)翼布置優(yōu)化部分，根據(jù)風(fēng)洞實驗及數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行變量的選取與目標(biāo)函數(shù)的確定，采用Kriging代理模型和NSGA-II算法對氣動懸浮列車氣動性能進(jìn)行優(yōu)化。通過使用遺傳算法，尋優(yōu)得到 Pareto最優(yōu)解集，為設(shè)計變量的最優(yōu)取值提供了解集空間。接著，應(yīng)用總變差分析和自組織映射法這兩種數(shù)據(jù)挖掘的方法，對設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了分析。數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果反應(yīng)出所選設(shè)計變量以及變量之間的交互作用對目標(biāo)函

4、數(shù)的影響程度，進(jìn)而揭示了設(shè)計變量對目標(biāo)函數(shù)的影響趨勢和規(guī)律，以及目標(biāo)函數(shù)之間所存在的關(guān)系。根據(jù)以上研究，得出以下結(jié)論：氣動懸浮列車升力系數(shù)和阻力系數(shù)呈相互矛盾關(guān)系，若想達(dá)到最佳氣動性能需要折中選擇，具有良好氣動性能的串聯(lián)翼布置應(yīng)具有如下特征：前翼離地間隙盡量小，后翼離地間隙稍大于前翼；前翼攻角不大，后翼攻角稍大于前翼攻角；前后翼的水平間距較大。
　　本文對氣動懸浮列車串聯(lián)翼布置優(yōu)化進(jìn)行了嘗試，形成了一套有效的優(yōu)化方法，為以后氣動懸