低自由度協(xié)同優(yōu)化及其在機翼設(shè)計中的應用.pdf

1、多學科設(shè)計優(yōu)化(MDO)是飛行器設(shè)計的一個重要發(fā)展方向。自從MDO被提出以來，得到了國內(nèi)外學者的重視，并獲得了較大的發(fā)展，但仍然存在某些問題，如：多學科設(shè)計優(yōu)化方法過于復雜；代理模型技術(shù)仍然以多項式響應面為主，難以描述復雜的耦合關(guān)系；代理模型建立過程中對異常點的處理考慮較少，可能會影響代理模型的精度；利用MDO對機翼進行多學科設(shè)計優(yōu)化時結(jié)構(gòu)和氣動兩個子系統(tǒng)還難以并行，需要建立機翼上準確的氣動載荷分布函數(shù)等。 本文對多學科設(shè)計優(yōu)

2、化技術(shù)的幾個研究方面，如MDO方法、代理模型技術(shù)、氣動和結(jié)構(gòu)學科分析優(yōu)化模型的建立等問題進行了研究。 在協(xié)同優(yōu)化方法(CO)的基礎(chǔ)上，通過減少設(shè)計變量個數(shù)，調(diào)整子系統(tǒng)目標函數(shù)等，提出了低自由度協(xié)同優(yōu)化方法(LDFCO)，利用三個數(shù)學算例對其計算效率進行了檢驗，結(jié)果表明低自由度協(xié)同優(yōu)化方法可靠性較高，其計算量比CO方法明顯減少。 以異常點檢驗技術(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，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，并成功地應用到了機翼多學科設(shè)計優(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。利用該方法對復合材料加筋板和復合材料機翼進行了優(yōu)化設(shè)計，達到了較好的優(yōu)化效果。 建立了基于Catia、Gambit和Fluent

4、等通用軟件的氣動自動化分析模型。提出了利用三系數(shù)四次響應面模型擬合機翼上的升力分布以實現(xiàn)不同子系統(tǒng)并行和氣動力的傳遞。以氣動自動化分析模型和三系數(shù)四次響應面氣動載荷分布模型為基礎(chǔ)，提出了面向高精度氣動分析模型的氣動分析代理模型的建立方法。 利用低自由度協(xié)同優(yōu)化方法對輕型飛機機翼進行了氣動/結(jié)構(gòu)多學科設(shè)計優(yōu)化，氣動和結(jié)構(gòu)兩個子系統(tǒng)實現(xiàn)了并行，其中氣動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