文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
飞机多学科设计协同优化及近似技术研究
姓名:白小涛
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:李为吉
20050301
摘要式并行优化方法一协同优化方法进行了分析和改进,并将改进后的协同优化方法多学科设计优化,技术是世纪年代以来在国外迅速发展的一门学科,它可以有效地解决大规模复杂工程系统的设计问题,在航空航天领域有着广阔的应用前景。因此,多学科设计优化是当前国际上飞行器设计方法研究的一个最新、最活跃的领域。本文对多学科设计优化方法进行了总结,重点对其中一种非常有潜力的分布应用到了机翼设计中。研究内容具体如下:⒔⑵鸱尚衅鞫嘌Э粕杓朴呕氖P停治隽朔尚衅鞫嘌Э粕杓朴化所特有的概念及其物理意义,指出其与传统优化问题相比所面临的计算困难及信息组织困难。分析了多学科设计优化方法的组成内容,建立了多学科设计优化的总体框架。⒆芙岵⒎治隽硕嘌Э粕杓朴呕S玫囊恍┕こ探扑惴ǎ庑┙扑惴是构成一个完整的多学科设计优化算法的组成部分,在多学科设计优化中起着非常重要的作用。而且这些算法本身也具有工程实用价值,为后面的研究提供了有效的分析计算工具。⒍孕呕惴ㄗ髁松钊胙芯浚治隽诵呕氖П局省S捎谛优化独特的数学结构,其主要的计算困难在于如何构造有效的系统级协调优化的约束模型。在此基础上,研究总结了三种近似系统级一致性等式约束的方法:动态松弛、响应面、线性近似子空白2⒔岷暇渌憷橹ち苏庑┓椒ǖ氖涤眯院有效性。⒔ū疚难芯康幕诮萍际醯男呕椒ㄓτ迷诨砩杓浦小2捎镁匀设计,通过气动软件基于粘性的数值计算方法得到升阻比、气动载荷等气动数据,利用砑玫浇峁故荨2⑶依昧讼煊γ娣椒夂夏标函数和约束函数以提高优化计算效率,减小计算强度。关键词:多学科设训’优化;协同优化;近似技术:响应面;一致性约束摘要陌北б等搜О覫。学位论史
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第一章绪论§多学科设计优化方法的产生随着科学技术的不断进步,工程系统越来越精密、复杂,其内部各组成部分之间的相互作用也婷飨浴4车纳杓品椒ㄍ悦扛鲎槌刹糠学科或子系统ザ烙呕笸冀ḿ父鲎钣诺牟糠肿楹铣梢桓鋈衔R彩亲钣诺拇笙低场U庵设计方法忽视工程系统内部各子系统訨的相互关系,从而不能满足工程技术发展的需要。工程系统与设计方法的这一矛盾在航空航天领域表现的尤为明显。对于飞机设计,从气动角度看,飞机应该具有大的升阻比,因此,为了减小飞机亚音速巡航时的诱导阻力,机翼应浚具有椭圆形升力分布,具有大展弦比、小后掠角:为了减少摩擦阻力,飞机应陔具有尽可能小的表面积、较大的翼载荷;为了减少波阻,飞机又必须具有较薄的机翼和小展弦比、大后掠角。从飞行性能的角度看,如果是起飞和空战状念,通常希望有较小的翼载荷以提供足够的升力:如果是巡航状态,则希望有较大的巡航速度和翼载荷,以增大航程。从操稳的角度看,战斗机应该具有很好的机动性,运输机则希望有较长的机身、较大的平尾,从而能够容忍较大的重心变化范围。从飞机结构设计的角度看,机翼最好有小的展弦比、大的相对厚度。从飞机重量的角度看,飞机机翼面积越小越好,机身越短越好。从隐身的角度看,飞机表面应尽可能吸收雷达波,或者将雷达波向其他方向反射,从而减小飞机的雷达反射截面积。从推进系统的角度看,则希望有短而直的进气道,有尽可能大的总压恢复系数。可见,不仅在不同学科之间通常有相互矛盾的设计需求,而且在同一学科之间,为了适应不同的飞行状态,对设计变量的取值要求也是相互矛盾的。飞机设计中各个学科又是相互联系、相互影响的。例如:飞机的气动性能和飞机的结构重量、结构变形、推进效率直接影响飞机的飞行性能,而飞机飞行性能和飞机的飞行任务又决定了飞机所必需的载油系数,从而反过来影响飞机外形参数和结构参数。此外,飞机结构变形会改变飞机气动特性,从而影响飞机性能,而飞机气动特性和飞机性能又反过来会影响结构受力的大小和分布,从而影响结两北等搜О覫宦凼
构变形。可见,飞机设计各个学科之间的相互联系、相互影响导致了飞机设计过程中的学科之间的“耦合”。因此,飞机设计过程中,必须将飞机当作出多个学科组成的统一的整体来看待,需要考虑各个学科之间复杂的耦合关系并进行综合和折衷,对飞机进行一体化综合设计。早在世纪年代,人们就逐渐认识到飞行器是由相互高度关联的子系统组成的⋯,在子系统间必须进行协调折衷最终形成一个完整的设计方案。但在那时,对飞行器这样的复杂系统进行一体化设计的方法还没有出现。因此当时的飞行器设计按直觉、经验、有限的分析和测试这样一种顺序进行,这种设计方式的缺点在于:当后面的分析测试与前面的设计发生矛盾的时候,以前所做的大量的工作就被否定,整个过程又得重新进行,效率低。随着数学上优化