多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法及其在飛行器設(shè)計中的應(yīng)用.pdf

1、飛行器設(shè)計需要用到氣動、結(jié)構(gòu)、控制等諸多學(xué)科的知識，各學(xué)科自身已發(fā)展成獨立的研究領(lǐng)域，內(nèi)容博大精深。在進行設(shè)計時必須從全局出發(fā)，將各學(xué)科視為一個整體，考慮學(xué)科間的相互作用。因此飛行器設(shè)計面臨著如何解決一個復(fù)雜、龐大的非線性優(yōu)化問題，學(xué)科間復(fù)雜的信息聯(lián)系以及天文數(shù)字般的計算量使得傳統(tǒng)的優(yōu)化方法在解決飛行器設(shè)計問題時顯得無能為力。在此情況下，多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化(MultidsciplinaryDesignOptimization，MDO)方法應(yīng)

2、運而生。 本文主要研究了多學(xué)科優(yōu)化算法及其在飛行器設(shè)計中的應(yīng)用，具體如下：1、建立起飛行器多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)學(xué)科間關(guān)系，提出三種基本類型的飛行器多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題，一般飛行器多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化都可以看作這三種基本類型的組合。分析了飛行器多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化所特有的概念及其物理意義，指出其與傳統(tǒng)優(yōu)化問題相比所面臨的計算困難及信息組織困難，為后續(xù)研究指明了著力點。 2、總結(jié)并分析了多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化常用的一些工程近似算法，這些

3、近似算法是構(gòu)成一個完整的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化算法的組成部分，而且這些算法本身也具有工程實用價值。 3、對協(xié)同優(yōu)化算法作了深入研究，分析了協(xié)同優(yōu)化的數(shù)學(xué)本質(zhì)，指出由于協(xié)同優(yōu)化獨特的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，其主要的計算困難在于如何構(gòu)造有效的系統(tǒng)級協(xié)調(diào)優(yōu)化的約束模型。引入帶參數(shù)優(yōu)化模型概念，分析了基于最優(yōu)敏度信息的系統(tǒng)級約束構(gòu)造算法。提出了一種新的研究協(xié)同優(yōu)化的角度：從幾何意義角度研究協(xié)同優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了兩種新的系統(tǒng)級協(xié)調(diào)算法：基于學(xué)科間動態(tài)不一

4、致信息的超球子空間算法和線性近似子空間算法。 4、對并行子空間優(yōu)化算法作了深入研究，分析了該算法的數(shù)學(xué)本質(zhì)，指出在該算法中，對于學(xué)科級優(yōu)化而言，其主要作用在于提供一個新的試驗計算點而不是優(yōu)化本身。根據(jù)這一思想，在原有的并行子空間優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上引入均勻試驗設(shè)計，提出了改進的并行子空間優(yōu)化算法，改進后的算法與原有并行子空間優(yōu)化算法相比，在保證精度的前提下，計算量更小，工程實用性更強。 5、將本文研究的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化算法用于