「前沿技术」利用遗传算法优化机翼形状

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美国纽约大学的研究人员利用遗传算法优化机翼横截面的形状，提高3D打印的机翼在向前飞行时的速度。

研究表明，固定翼飞行器飞行过程中，机翼形状的细微变化会大幅改变飞行器的空气动力学。而扑翼飞行和波动游泳具有不同的流体动力学效应，如涡流和其他不稳定现象。这种运动方式会不断地由翅片产生和脱落涡流，具有更好的动力学特性。人们期望利用空气或液体箔片模拟这种运动。然而目前还缺少能对这种箔片形状进行全面优化的方法。为此，研究人员采用遗传算法对箔片形状进行优化。在这个算法中，“基因”是定义形状的数学参数，“育种”是来自父翅的基因组合形成的一个后代，翅膀的测量速度是遗传中的“适应性”，决定繁殖的可能性。为了单独分析轮廓形状的影响，只考虑具有均匀翼展形状的起伏刚性箔片情况。通过3D打印制造箔片，让箔片在水中自行推进，速度最快的将被选为新一代的翅膀。经过多代的迭代，速度最快的箔片，其横截面类似于细长的泪珠，具有可量化的特征，如边缘清晰度明显的前后不对称。

箔片横截面优化过程

这项研究为机翼形状优化提供了新思路，所用的方法可应用于其他复杂工程问题，尤其是涉及流体中物体的问题，如通过优化形状实现减阻，或优化形状收集水波中的能量。

（蓝海星）

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