基于MIGA优化方法的飞机货舱烟雾模拟研究

作     者：邵资焱 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨建忠

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082504[工学-人机与环境工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：烟雾扩散 优化 探测等效 飞机货舱 光透率 

摘      要：飞机货舱由于其相对密闭性及人员不易接近,在发生起火后容易蔓延成火灾造成极大损失,因此适航规章对货舱及其它不易接近舱室规定安装烟雾探测报警器且在规定时间给予目视警示等,目前在飞机货舱烟雾探测系统适航审定过程中,飞行测试期间烟雾发生器常用于代替真实烟源进行试验。然而真假烟在烟雾扩散过程存在差异且极少研究能够确定差异带给探测的定量影响,因此针对真假烟扩散规律及探测差异性开展建模及试验研究,旨在定量评估真假烟探测等效的烟雾发生器边界条件,为适航审定提供工程参考。主要的研究工作包括以下内容:基于火灾动态模拟FDS软件建立舱室、真假烟源三维数值模型。为便于描述烟雾扩散规律,使用计算流体力学方法以低雷诺数非定常不可压Navier-stokes控制方程建立大涡湍流、真假烟火源、粒子离散、烟雾释放等三维数值模型,经过网格独立性验证并通过设置同工况试验方案验证建立的数值方法,试验结果与仿真结果对比表明了建立舱室及真假烟模型的可行性。分析模拟烟雾与真实烟雾在烟雾扩散及探测上的差异性。通过控制变量设计多组改变烟雾发生器发烟方式的仿真及试验方案,寻求模拟烟雾在不同发烟方式作用下与真实烟雾探测方面差异性规律。结果发现同等烟雾量,释放时间相同的情况下,真假烟光透率差值大,无法实现探测等效;真假烟释放速率一致,前期模拟烟雾比真实烟雾更容易探测,后期模拟烟雾消散快;烟雾发生器发烟方式为间隔发烟方案时,可使真假烟光透率更为接近,同时受时间间隔数目与烟雾量的影响。以MIGA优化算法计算真假烟探测等效的烟雾发生器边界条件。针对逆向求解使真假烟探测等效的烟雾发生器发烟条件问题,采用寻优方法计算求解,通过对真假烟差异性分析,构建真假烟光透率残差平方和RSS最小值为优化目标函数,确定5个优化变量及其约束范围;为简化反复调用FDS计算过程,利用RBF神经网络构建三维数值模型的近似模型,代替优化循环中非线性N-S方程;为避免计算陷入局部最优,选取全局探索多岛遗传算法进行优化计算,结果得到探测位置处烟雾流量与时间间隔的最优组合。最终得到的优化结果进行了试验验证,说明利用优化方法求解烟雾发生器最佳发烟边界条件的可靠性。