2024年APMCM亚太杯中文赛A题——飞行器外形的优化问题

飞行器外形的优化问题

本篇文章为大家分享2024年APMCM亚太杯中文赛A题------飞行器外形的优化问题的解题思路以及第一问的完整求解代码与结果,四问的完整解答请看文章最后!

解题思路

飞行器是在大气层内或大气层外空间飞行的器械,飞行器通常由机体和飞行舱组成,如何优化飞行器的外形,使得其所受阻力最小,是航空航天领域里面非常重要的基础科学问题。本文通过飞行器的物理结构、流体力学相关知识,建立了最优化模型,对飞行器的最有结构进行了求解。

对于问题一,对于飞行器的表面积和体积进行求解,首先对于飞行器进行简化,本文认为飞行器由主体和机翼构成,对于两部分分别进行求解,对于主体部分,分为前部和后部进行求解,认为横截面是椭球面,通过积分求得相应的表面积和体积,对于机翼部分认为由两个抛物线构成,并通过积分求得飞行器的表面积。

对于问题二,对于飞行舱体的表面积和体积进行求解,通过对舱体进行研究发现舱体由圆柱体和半球体构成,根据圆柱体和半球体的体积和表面积公式,建立飞行舱体的数学模型,得出飞行舱体的表面积。

对于问题三,根据飞行器结构参数的取值范围,设计飞行器的最佳外形,使得飞行器的阻力最小。根据飞行器流体力学的研究,得出飞行器飞行过程中的阻力计算公式,我们以飞行器的结构参数作为自变量,飞行器的结构和物理限制作为约束条件,建立了以飞行阻力最小为目标的最优化模型,并通过遗传算法进行求解,得出飞行器最小的阻力。

对于问题四,在问题三的基础上,加入了飞行器外形曲线的考量,分别考虑四种圆锥曲线作为飞行器的外形,本文在问题三的基础上,对飞行器的曲线函数进行修改,同时建立了以飞行阻力最小为目标的最优化模型,并通过遗传算法进行求解,得出最优的外形曲线为双曲线形,此时阻力最小。

问题一




第一问结果

最终通过以上建立的飞行器表面积和体积的模型通过matlab进行求解得飞行器的表面积为50712000平方厘米,体积约为84852000立方厘米

第一问代码

java 复制代码
clc
clear
h=200;
l=400;
a=500;
b=90;
s1=2*h*(2*pi*b+4*a-4*b)/3;
v1=a*b*pi*(h);
s2=2*l*(2*pi*b+4*a-4*b)/3;
v2=a*b*pi*(l);
V1=v1+v2;
S1=s1+s2;

w=24;
L=1000;
l=0.3;
x=w;
l1=2*(w^4)*asin(2*l*x/(w^2))+4*l*x*sqrt(4*l^2*x^2+w^4)/(4*l*w^2);
l=0.6;
l2=2*(w^4)*asin(2*l*x/(w^2))+4*l*x*sqrt(4*l^2*x^2+w^4)/(4*l*w^2);
S2=(l1+l2)*L;
c1=2*w*0.3-0.3*2*w^3/(3*w^2);
c2=2*w*0.6-0.6*2*w^3/(3*w^2);
V2=(c1+c2)*L;

S=S1+S2
V=V1+V2

完整答案

(完整资料 关注公众号 云顶数模 领取相关资料)

相关推荐
梅雅达编程笔记15 小时前
编程启蒙|Scratch 转 Python 系列第9天:字典/哈希表积木双向对照(AI大模型参数配置表实战)
开发语言·人工智能·python·numpy·pandas
zhz521416 小时前
GIS项目中空间参考转换与MBTiles偏移:问题成因、解法与避坑
python·vue·gis
KaMeidebaby17 小时前
卡梅德生物技术快报|如何制备单克隆抗体:小众禽类靶点单抗制备实操流程:双载体抗原交叉筛选完整工艺记录
人工智能·python·深度学习·算法·机器学习
乱写代码18 小时前
Pydantic学习--BaseModel
python
fu159357456818 小时前
【边缘计算实战】P1:从零搭建边云任务卸载仿真实验台(Python 可复现)
数据库·python·边缘计算
蜡台18 小时前
通过Gradle脚本声明更改Java变量
android·java·开发语言·python·kotlin·gradle·groovy
智能体与具身智能19 小时前
TVA 本质内涵与核心特征(系列)
人工智能·python·智能体视觉
云雾J视界19 小时前
SST:高频变压器设计实战:铁氧体 vs 纳米晶 vs 非晶,磁性材料怎么选
python·acdc·dab·sst
第一程序员19 小时前
Rust trait 入门:把 AI 客户端抽象成可替换接口
python·rust·github