基于代理模型技术的返回舱外形优化

针对返回舱再入过程中需要满足的复杂气动力热条件,在典型高超声速条件下以升阻比和阻力系数为目标,以驻点热流和容积率为约束条件进行返回舱外形多目标优化设计。气动特性分析采用基于三维Navier-Stokes方程和结构网格的计算流体力学数值仿真(CFD)方法,采用Fay-Riddell经验公式计算驻点热流,采用NSGA-II优化算法进行全局寻优,为了增强多目标优化设计的计算效率,利用Kriging代理模型替代CFD计算,并引入改进的EI函数加点策略,大大减少了构建代理模型时所需的样本点数目。优化计算结果表明,代理模型计算结果与CFD计算结果误差可以控制在7%以内,基于代理模型技术的优化过程可以节省95%以上的计算开销。因此,该方法能够较好地满足初步设计的要求,为返回舱外形优化提供有益的借鉴。