基于多输出高斯过程回归翼型快速设计-rapid design of regression airfoil based on multi-output gaussian process.docx

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基于多输出高斯过程回归翼型快速设计-rapid design of regression airfoil based on multi-output gaussian process

承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注 和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名: 日期: 摘要翼型设计是飞行器设计中比较重要的步骤,影响着飞行器的主要飞行品质。在进行翼型设 计时,传统的风洞实验和CFD技术周期长、成本高。为了降低成本、提高翼型的设计效率,作 为对现有翼型设计方法的一个补充,本论文将机器学习中的多输出高斯过程(MOGP)应用到翼 型气动性能快速评估和翼型快速设计中。MOGP采用了高斯基过程与光滑核函数的卷积为每个 输出端口建模,并通过共享高斯基过程模拟多输出端口之间的相关性。本论文采用一组NACA翼型族的翼型作为实验数据,计算出在一定条件下每个翼型的升力 系数、阻力系数和表面压力分布,进行气动性能快速评估实验和快速翼型设计实验。气动性能 快速评估实验以翼型外形参数为输入数据,预测翼型的升力系数和阻力系数;快速翼型设计实 验以翼型表面的压力分布为输入数据,预测翼型的外形参数。论文建立了MOGP模型模拟实验 中翼型与气动性能之间的非线性关系,并与常用的单输出高斯过程(SOGP)回归模型以及传统 的BP和RBF神经网络模型进行了对比。实验结果表明,在气动性能快速评估实验中,多输出端口 之间具有明显的相关性,MOGP比SOGP以及传统的BP和RBF神经网络模型有着更好的预测精 度。在快速翼型设计实验中,多输出端口之间无明显相关性,MOGP和SOGP具有相似的设计精 度,但是其结果比BP和RBF神经网络模型具有更高的精度。由此可见,在翼型设计中当多输出 端口之间具有明显的相关性时,应考虑端口之间的相关性来提高设计的精度。关键词:翼型快速设计;气动性能评估;多输出高斯过程回归模型;单输出高斯过程回归模 型;人工神经网络模型ABSTRACTAirfoil design is an important step in the aircraft design, affects the flying qualities of the aircraft. Wind tunnel experiments and CFD technology are the traditional airfoil design methods. However, they are usually costly and time-consuming. In order to reduce costs and improve the airfoil design efficiency, this thesis applies multi-output Gaussian process (MOGP) regression in the area of machine learning to the airfoil aerodynamic performance fast evaluation and airfoil fast design, as a supplement to the existing airfoil design method. MOGP uses the convolution of Gaussian base processes and smooth kernel functions to model each output, and therefore captures the correlation between the multiple outputs by sharing some common base processes.In this thesis, a group of NACA series airfoils is selected, and the corresponding lift coefficients, drag coefficients and surface pressure distributions are calculated. Based on these datas, we conducted the experiments of airfoil aerodynamic performance evaluation and airfoil fast design. The experiment of airfoil aerodynamic p

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