基于可靠性的太阳能飞机多学科设计优化

针对太阳能飞机典型任务要求,建立了以总重最小为目标的多学科设计优化模型,考虑飞行性能、能量、重量3个学科的设计变量和相应约束条件。同时考虑设计变量的不确定性影响,将序列优化及可靠性评估方法引入到并行子空间优化过程中,顺序执行可靠性分析和多学科设计优化以提高执行效率。在优化过程中应用响应面近似并不断提高模型精度,降低了计算成本。利用iSIGHT软件搭建求解平台,以欧洲太阳能飞机"HeliPlat"作为算例,验证了分析模型的合理性和优化方法的有效性。基于可靠性的多学科设计优化框架有望用于更贴合工程实际的太阳能飞机设计。     

基于协同优化方法的多学科非概率可靠性优化设计

针对传统多学科优化是基于确定性的优化设计方法,为了获得更为可靠的结构设计,在设计中考虑了不确定因素对结构性能的影响.本文将非概率可靠性优化方法与多学科优化设计方法相结合,引入了非概率可靠性指标,提出了一种新的基于协同优化方法的非概率可靠性多学科优化设计方法.同时采用了基于均匀试验设计的响应面方法来近似学科优化,提高了遗传算法的收敛速度,降低了计算量.最后通过对跨声速机翼气动结构多学科可靠性优化设计算例的计算,验证了本文提出的方法能够保证设计解的可靠性,对工程实践具有一定的指导意义.     

基于支持向量拟合代理模型的卫星多学科设计优化

为了提高卫星的设计质量与效率,建立以卫星总质量最小为优化目标的多学科设计优化问题,主要考虑轨道、有效载荷、电源和结构4个分系统的设计并梳理其耦合关系,整理并建立了较为详细且贴近工程实际的学科分析模型。本文提出了基于支持向量拟合(Support vector regression,SVR)代理模型的优化策略,并将其应用于海洋卫星多学科设计优化中。本文算例卫星参考海洋一号卫星(HY-1),优化后整星质量相对于初始质量下降了约14.1%。优化结果表明了卫星多学科优化设计(Multidisciplnary design optimization,MDO)模型的合理性和该优化策略的有效性,为进一步探索代理模型技术在卫星MDO设计当中的应用奠定了基础。     

多学科优化中基于实例推理的气动近似模型

为提高飞机多学科优化效率,对气动近似计算模型进行了改进。在比值修正模型所构造的气动近似模型的基础上,引入了基于实例的推理技术对其加以改进。通过采用与飞机气动特性相关的参数作为实例属性,建立了飞机方案实例,并改进了实例检索公式,最后通过复用与当前方案最相似实例的修正因子改进了优化中的气动近似模型。以常规布局民用飞机概念设计为例,采用改进的气动近似模型进行了多学科优化研究。结果表明,对于具有大量设计变量的飞机方案优化问题,采用改进的气动近似模型能够有效提高计算精度与优化效率。     

基于多Agent的机身外形优化模型

提出了一个基于多Agent系统的机身外形优化模型,并将其用于飞机概念设计阶段的多学科优化中。该模型继承了多Agent系统的自主、协作等优点,并且结合了机身段和机身剖面的建模方法。提出并定义了不同类型的Agent及其功能,对各类Agent选用了不同的协调方式及协调规则。作为对模型的验证,针对一个战斗机方案多学科优化设计的算例,给出了机身外形中各Agent的协调过程。优化结果表明这一模型在优化过程中能有效地减少机身的优化变量,缩短计算时间。同时,由于各Agent之间的自主协调避免了复杂机身外形在优化中产生扭曲,从而增加了可行解的数量。     

飞机总体多学科设计优化的现状与发展方向

通过对飞机总体多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization,MDO)研究进展的分析,为飞机总体MDO进一步研究和应用提供基础.首先阐述飞机总体MDO与传统飞机总体参数优化的区别,然后介绍MDO领域中重要成果,包括代理模型技术、多学科敏度分析、MDO策略和MDO环境.着重分析飞机总体MDO的关键技术及其实现途径,包括飞机总体MDO流程、参数化飞机几何模型、分析模型的自动生成、耦合关系分析与表示、数据交换与数据管理和MDO环境的建立.指出面向一体化产品开发团队的MDO、基于不确定性的MDO和面向飞机族的MDO是飞机总体MDO研究的3个新的研究方向.飞机总体MDO使飞机总体设计过程更加科学化和自动化.     

客机机翼气动/结构多学科优化方法

针对客机机翼特点,建立机翼外形和结构参数化模型;应用CATIA二次开发技术和PCL编程,实现气动分析模型和结构有限元模型的自动生成;分析了气动和结构之间的耦合关系,研究一种气动载荷自动加载到结构模型的方法;应用基于代理模型的二级优化方法求解机翼气动/结构设计多学科优化问题;在iSIGHT软件环境下实现机翼气动/结构多学科优化计算流程。算例结果表明,本文提出的机翼气动/结构多目标优化方法能获得关于升阻比和结构重量的最优解集,有助于设计人员确定合理的机翼总体参数。     

并行子空间设计算法在电动无人机一体化设计中的应用

应用并行子空间设计算法对低雷诺数电动无人机进行了初步设计.电动无人机涉及多门学科,包括气动、重量、推进系统、性能和操稳.首先开发了电动无人机多学科系统分析软件.并行子空间设计算法利用基于人工神经网络的响应面技术作为系统分析的近似模型.电动无人机初步设计中的设计变量共有29个,其中连续设计变量25个,离散设计变量4个.研究表明,并行子空间设计算法能以较少的系统分析次数在可行域内寻找出一个较好的设计点,并在设计过程中具有适应设计要求(约束)可变性的要求,它为飞行器一体化设计提供了一条途径.     

基于代理模型的麦克风相位阵列设计技术研究

气动声学风洞试验过程中，针对目标声源特性进行麦克风相位阵列改进时，为保证风洞试验效率，必须在较短的时间内完成阵列优化设计工作。为满足这一试验需求，最大限度提升麦克风相位阵列设计效率，引入了基于Kriging代理模型的优化设计方法。采用基于点扩散函数的计算程序进行阵列性能分析，获取阵列最大旁瓣水平和分辨率。通过对样本点响应值进行计算，建立Kriging代理模型，进而以计算速度极高的Kriging代理模型作为阵列性能分析方法开展优化搜索，避免了大量调用阵列性能计算程序导致计算耗时过高的问题，显著提升了麦克风相位阵列设计效率。该阵列设计方法能够有效改善麦克风阵列的测量性能，满足声学风洞试验的特殊应用需求。     

大口径反射镜背部支撑结构的响应面优化方法

惯性约束聚变(ICF)装置中大口径反射镜在自重作用下的畸变常常导致其面形精度降低,从而降低整个激光装置的打靶精度。为了满足反射镜面形精度要求,以反射镜通光表面面形峰谷值(PV值)为优化目标,以支撑点位置为设计变量,对两种反射镜背部支撑方式进行优化研究。通过对试验设计方法、常用响应面类型和优化算法的分析,综合考虑优化效率与精度,最终选取Kriging响应面结合遗传算法开展优化工作。为提高优化效率,提出了两步优化策略。首先建立基于全设计范围的粗精度响应面模型,得到表示设计变量与目标量关系的曲面与初步优化结果。然后基于初步优化结果,缩小设计范围建立高精度响应面模型,进一步优化支撑点位置以得到最佳支撑形式。结果表明响应面优化的最优解与该点处的有限元计算结果非常接近,与在有限元模型上直接优化结果的误差在可接受范围内,但计算效率得到了很大提升。     

基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法研究

描述了基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法。采用特征造型方法建立了弹性折叠机构几何模型,CAD二次开发技术实现了折叠机构模型的参数化自动建模;考虑折叠机构几何参数不确定性,建立了折叠机构可靠性动态分析模型;基于功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析问题简化为静态问题;采用一次二阶矩法分析了机构折叠时间、最大应力和机构寿命的可靠度;以折叠机构几何参数为设计变量,采用修正的可行方向法驱动优化使折叠机构质量最轻且寿命更长。数值分析结果显示功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析简化为静态可靠性分析,可以在保证分析精度的前提下,提高可靠性分析效率;同时与传统优化方法比较表明,可靠性优化设计方法可以通过牺牲部分优化目标性能换取优化设计结果可靠性的提高。     

基于有限元法的齿轮强度接触分析

基于有限元法的基本算理,利用有限元软件,从静态和动态两个方面对齿轮进行接触分析,计算出齿根的最大应力,通过与经验公式计算结果对比,有如下结论：1）基于有限元法的齿轮接触分析是切实可行的计算方法,静态和动态模拟数据均比较合理;2）动态接触计算模型计及了啮合过程中的冲击效应和摩擦的影响,相对于静态算法而言,能更为真实的模拟齿轮啮合的真实状况;3）静态接触模型能准确快速地模拟稳态运行状态下的齿轮强度。齿轮的接触强度的合理分析,对改善齿轮传动性能和提高齿轮设计制造水平有一定的意义。     

基于6σ设计的复合推力高速直升机总体参数多目标优化

针对复合推力高速直升机总体设计阶段总体参数的选择问题,提出一种提高可靠性和鲁棒性的基于6σ设计的改进多目标遗传算法优化方法。采用叶素理论和数值积分的方法分析计算了复合推力高速直升机气动及飞行性能,并以此为基础建立了约束函数和初步目标函数模型;将6σ设计融入改进的多目标遗传算法中,构造最终目标函数;在给定有效载荷设计要求下,对复合推力高速直升机总体参数进行了多目标优化设计。该方法获得了所需的Pareto解,优化后的复合推力高速直升机飞行性能相对原机有了较大改善,算例结果表明该方法有效可行。     

航空发动机离心叶轮的多学科设计优化

对一种用于离心叶轮多学科设计优化的方法进行研究,学科涉及气动、结构、强度。建立离心叶轮多学科设计优化数学模型,开发多学科设计优化软件。采用此法对某航空发动机离心叶轮进行多学科设计优化,有效降低了叶片和轮盘的最高应力,减轻了重量。     

基于对偶规划和可靠度的一种桁架结构优化方法

用结构分析的有限元法给出桁架元件的内力，并由计算机自动形成失效模式的安全余量方程，基于分枝限界法，提出了一种准确判认主要失效模式的新方法。用近似公式计算结构系统的可靠度，导出了结构系统可靠度的敏度分析表达式，采用对偶规划求解了结构系统可靠度为约束的最小重量设计问题，计算了若干例题，结果表明，本文提出了方法相当有效。     

直升机操纵稳定性优化设计

为了提高直升机操纵稳定性,建立了适合直升机总体设计的操纵稳定性分析模型,通过优化设计选择合适的总体参数和布局参数,以获得优良的直升机操纵稳定性。以UH-60A直升机为算例,结果表明该直升机操纵稳定性优化设计方法是可行和有效的;同时对比经典数值优化算法、智能优化算法和混合优化算法,发现混合优化算法更适合直升机操纵稳定性优化设计模型的求解。     

遗传算法在含连续/离散变量结构优化中的应用

传统的优化方法难于有效地处理含有连续／离散混合变量优化问题。本文探讨了如何将遗传算法应用于含连续／离散设计变量的结构优化问题。着重讨论了连续／离散混合变量的编码方法和减少适应度函数计算次数的ｍ ｉｃｒｏ ＧＡ 技术。将遗传算法应用于数学考题和十杆结构尺寸／材料混合变量优化问题。两个算例表明，遗传算法能比较有效地解决含连续／离散混合设计变量的优化问题。     

一种目标散射中心特征快速提取算法

首先用基于几何绕射理论的GTD(Geometrical theory of diffraction)模型来精确描述雷达目标的高频电 磁散射特性;同时,提出一种可应用于目标识别的散射中心特征提取快速算法:基于传播算子(Propagator)的 多重信号特征算法(PM-MUSIC).其核心思想是利用传播算子法快速计算出噪声子空间,取代了原MUSIC方法中利用特征值分解获取噪声子空间的矩阵分解步骤.通过计算量的比较,说明PM-MUSIC算法较原MUSIC方法有效提高了运算效率.最后.仿真实验表明,PM-MUSIC算法在快速估计的基础上,仍具有良好的精度和较高的分辨率,可有效地提取以边缘绕射等为主要散射形式的隐身目标的散射中心.     

多随机变量的桁架结构系统的可靠性分析及优化设计

针对桁架结构系统，采用随机有限元法（SFEM）计算结构系统的响应量，考虑内力重新分配，建立失效模式的安全余量方程，用验算点法计算失效模式安全余量的可靠性指标，用改进的分枝限界法，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，寻找主要失效模式，通过对主要失效模式方程线性化研究，计算失效模式安全余量之间的相关系数，最后用PNET法计算出结构系统的失效概率，同时给出多随机变量的结构系统可靠度的敏度表达式，采用最佳矢量法，求解了大型桁架结构系统基于可靠性指标约束下的最小重量的优化设计问题，最后，给出了实际算例，计算结果表明；采用随机有限元法能更好地考虑结构系统的多个随机变量对系统可靠性产生的影响；所采用的可靠性分析方法和优化方法是有效的。