[发明专利]一种列车头型优化设计方法及装置

说明书

技术领域

本发明实施例涉及高速列车设计技术领域，具体涉及一种列车头型优化设计方法及装置。

背景技术

列车头型设计及列车车头的设计是高速列车研究的重要课题，列车头型外形与其空气动力学性能密切相关，人们追求造型最佳的列车头型，很大程度上是为了改善列车空气动力学性能。列车头型设计时，需要综合考虑列车行驶过程中的气动阻力、气动升力、横风性能、压力波、气动噪声等，而这些气动性能指标之间可能会发生冲突，列车头型的设计研发是多目标的外形优化设计问题。

现有技术中，高速列车头型的优化设计一般是先拟定出各种头型方案，再通过风洞试验和数值计算进行比较选择，最后根据运营条件进行设计完善，这种方法本质上属于优选方法，过多地依赖于工程经验，最终选定的头型也并不一定是最优的。为克服这些缺点而获得最优的头型外形，可以采用直接优化方法，提出通过建立列车参数化模型，利用优化算法进行迭代计算，实现头型优化设计。但是，现有技术中，进行列车头型的优化设计时，每一个优化迭代步骤内，都需要针对新更新的头型进行计算网格划分和列车空气动力学计算，而列车空气动力学计算非常耗时，从而会使得列车头型优化设计周期非常长。

因此，如何提出一种方案，能够缩短列车头型的设计周期，提高列车头型设计的效率，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种列车头型优化设计方法及装置。

一方面，本发明实施例提供了一种列车头型优化设计方法，包括：

构建列车头型的三维参数化模型，根据所述三维参数化模型提取所述列车头型的多个优化设计变量，并确定各个所述优化设计变量的优化设计空间；

在各个所述优化设计空间内进行采样，获取多组优化设计变量组，其中，每组所述优化设计变量组中包括每个所述优化设计变量的一个采样点；

根据所述优化设计变量组，建立气动性能指标与所述优化设计变量之间的近似计算模型；

对所述近似计算模型进行优化设计，获得优化气动性能指标，根据所述优化气动性能指标和所述三维参数化模型，获得目标列车头型。

进一步地，所述根据所述优化设计变量组，建立气动性能指标与所述优化设计变量之间的近似计算模型，包括：

根据所述优化设计变量组，建立所述列车的整车模型，对所述整车模型进行网格划分和空气动力学计算，获得多个所述气动性能指标；

根据所述优化设计变量组和所述气动性能指标，利用径向基神经网络建立所述气动性能指标与所述优化设计变量之间的近似计算模型。

进一步地，所述建立气动性能指标与所述优化设计变量之间的近似计算模型，包括：每一个所述气动性能指标建立一个所述近似计算模型，或多个所述气动性能指标建立一个所述近似计算模型。

进一步地，所述在各个所述优化设计空间内进行采样，包括：利用最优拉丁超立方设计在各个所述优化设计空间内进行均匀采样。

进一步地，所述对所述近似计算模型进行优化设计，获得优化气动性能指标，包括：利用多目标遗传算法，对所述近似计算模型进行优化设计，获得所述优化气动性能指标。

进一步地，所述方法还包括：

预留预设组所述优化设计变量组，用于验证所述近似计算模型的精度。

另一方面，发明实施例提供一种列车头型优化设计装置，包括：

三维模型建立单元，用于构建列车头型的三维参数化模型，根据所述三维参数化模型提取所述列车头型的多个优化设计变量，并确定各个所述优化设计变量的优化设计空间；

采样单元，用于在各个所述优化设计空间内进行采样，获取多组优化设计变量组，其中，每组所述优化设计变量组中包括每个所述优化设计变量的一个采样点；

近似模型建立单元，用于根据所述优化设计变量组，建立气动性能指标与所述优化设计变量之间的近似计算模型；

优化设计单元，用于对所述近似计算模型进行优化设计，获得目标列车头型。

进一步地，所述近似模型建立单元具体用于：

根据所述优化设计变量组，建立所述列车的整车模型，对所述整车模型进行网格划分和空气动力学计算，获得多个所述气动性能指标；

根据所述优化设计变量组和所述气动性能指标，利用径向基神经网络建立所述气动性能指标与所述优化设计变量之间的近似计算模型。

又一方面，本发明实施例提供用于列车头型优化的电子设备，包括：

至少一个处理器；以及