低自由度協(xié)同優(yōu)化及其在機(jī)翼設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(MDO)是飛行器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展方向。自從MDO被提出以來，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，并獲得了較大的發(fā)展，但仍然存在某些問題，如：多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法過于復(fù)雜；代理模型技術(shù)仍然以多項(xiàng)式響應(yīng)面為主，難以描述復(fù)雜的耦合關(guān)系；代理模型建立過程中對(duì)異常點(diǎn)的處理考慮較少，可能會(huì)影響代理模型的精度；利用MDO對(duì)機(jī)翼進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)兩個(gè)子系統(tǒng)還難以并行，需要建立機(jī)翼上準(zhǔn)確的氣動(dòng)載荷分布函數(shù)等。 本文對(duì)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)

2、化技術(shù)的幾個(gè)研究方面，如MDO方法、代理模型技術(shù)、氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)學(xué)科分析優(yōu)化模型的建立等問題進(jìn)行了研究。 在協(xié)同優(yōu)化方法(CO)的基礎(chǔ)上，通過減少設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)，調(diào)整子系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)等，提出了低自由度協(xié)同優(yōu)化方法(LDFCO)，利用三個(gè)數(shù)學(xué)算例對(duì)其計(jì)算效率進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明低自由度協(xié)同優(yōu)化方法可靠性較高，其計(jì)算量比CO方法明顯減少。 以異常點(diǎn)檢驗(yàn)技術(shù)和序列Kriging優(yōu)化(SKO)為基礎(chǔ)，根據(jù)MDO中代理模型的特點(diǎn)，提出

3、了一種面向MDO的代理模型建立方法－基于SKO的代理模型。研究了子系統(tǒng)的不同層次代理模型的建立方法，并成功地應(yīng)用到了機(jī)翼多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中。 提出了分步SKO方法，并以該方法為基礎(chǔ)，提出了一種基于分步SKO方法、遺傳算法、MSC. Patran和MSC. Nastran的結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化方法。利用該方法對(duì)復(fù)合材料加筋板和復(fù)合材料機(jī)翼進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到了較好的優(yōu)化效果。 建立了基于Catia、Gambit和Fluent

4、等通用軟件的氣動(dòng)自動(dòng)化分析模型。提出了利用三系數(shù)四次響應(yīng)面模型擬合機(jī)翼上的升力分布以實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)并行和氣動(dòng)力的傳遞。以氣動(dòng)自動(dòng)化分析模型和三系數(shù)四次響應(yīng)面氣動(dòng)載荷分布模型為基礎(chǔ)，提出了面向高精度氣動(dòng)分析模型的氣動(dòng)分析代理模型的建立方法。 利用低自由度協(xié)同優(yōu)化方法對(duì)輕型飛機(jī)機(jī)翼進(jìn)行了氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)兩個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了并行，其中氣動(dòng)分析分別采用渦格法程序VLM和CFD軟件Fluent，結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化采用有限元軟件