气动外形反设计方法存在难以给定合理目标压力分布,强烈依赖设计经验等问题,难以适应现代工程设计需求。针对反设计方法的不足,结合机器学习与全局优化方法,发展了一种高效鲁棒的气动外形反设计方法。该方法利用生成拓扑映射(generative topographic mapping,GTM)模型建立气动外形及其压力分布组合数据和低维隐空间变量的映射关系,并利用遗传算法在隐空间寻优,同时得到最优压力分布与对应气动外形。GTM能够建立高精度的映射关系,设计过程不需要流场解算参与迭代,极大提高了设计效率。所提方法充分利用了遗传算法与GTM方法的特点,不要求目标压力分布具有实际物理意义,减小了对设计经验的依赖程度。分别针对低速翼型、跨声速翼型、三维层流短舱开展了反设计研究,设计算例表明,该方法设计鲁棒性好,能够高效率收敛到目标压力分布,具有良好的工程

为了有效控制跨声速构型的表面压力分布，利用离散伴随方法精确、快速求解目标函数对大规模设计变量梯度的优势，采用CST和FFD几何参数法，分别构建了二维、三维气动反设计优化系统。通过NACA0012翼型和CRM机翼对构建的反设计系统进行验证，优化目标分别为RAE2822翼型和多点优化后的CRM构型的压力分布。结果表明:通过压力分布反设计得到的构型与目标压力分布对应的构型在几何外形上一致，迭代收敛性上气动反设计优化效率优于多点优化。

低声爆气动外形设计是超声速民机研发的一项关键技术。基于笛卡尔无黏求解器进行了典型民机构型的低声爆设计选型,主要研究了机身轴线弯曲度、机翼平面形状、机身截面积特征等因素对近场过压分布的影响,最终选型出一种超声速飞机气动布局。在此气动布局基础之上,结合自主研发的流场/声爆耦合伴随优化设计软件AMDEsign,在指定的低噪声水平声爆信号的条件下,通过对远场声爆信号进行高效反设计,实现了超声速低声爆气动外形的大规模设计变量数值优化,感觉噪声级大幅度降低,分析了外形变化对声爆抑制作用以及近场波系形态,同时也验证了综合设计技术的有效性。

基于支持向量机响应面模型,发展高速列车头型有约束气动反设计方法.为了减少流场计算量,针对反设计指标和约束条件分别建立对应的响应面模型,通过粒子群优化算法寻找满足设计目标值和约束条件的反设计外形.为了验证该方法的有效性,以3辆编组真实外形高速列车的1∶8缩比外形为研究对象,将整车气动阻力系数和流线型部分容积作为设计指标,研究单目标无约束、有约束及多目标无约束反设计方法.结果表明采用提出的反设计方法能够快速得到满足设计指标和约束条件的高速列车头型,很容易拓展为能够解决任意复杂几何外形的多目标、有约束气动反设计方法,有利于提高高速列车头型工程设计的效率及针对性.

在螺旋桨式飞机上，由于螺旋桨在工作中的振动问题比较突出，故在这类飞机的维修中，需要借助一些专业仪器对螺旋桨进行动平衡配平。在这些专业仪器中，美国Chadwick Helmuth的系列振动值测试仪应用非常广泛。但在实际的工程应用中发现这些设备提供的配平方法非常繁琐且效果较差。文中针对其Vibrex 2000型振动值测试仪进行反设计优化，利用数学建模的方法提出另外一种解决方案，实际使用证明可100％保证一次性配平成功。