多学科优化设计在航空航天领域的应用及发展

多学科优化设计是世界各国工业设计界新兴的研究领域。文章对多学科优化设计的主要基本理论、应用研究及发展进行了综述分析。优化算法是多学科优化设计的重要内容 ,文章对此进行了介绍 ,并对多学科优化设计中涉及的软件开发及集成设计框架、软件结构管理的研究成果及研究动态进行了分析。总结并对比分析了多学科优化设计在航空航天领域的几个典型应用及其特点 ,并将多学科优化设计与计算机集成制造系统的研究与发展的关系进行评述。     

我国GEO航天器总体综合优化技术研究进展

总体综合优化设计是航天器研制持续追求的目标,多学科集成设计是有效途径之一。围绕航天器总体综合优化设计,总结了近年来我国在地球静止轨道(GEO)航天器系统与学科建模、多学科集成优化设计策略、寻优算法、软件工具开发及工程应用实施等方面研究进展,针对我国GEO航天器发展新需求以及现阶段综合优化设计技术发展的不足,结合系统工程技术发展新趋势,指出航天器综合优化设计后续应重点加强集成建模、工程化应用研究,为高轨航天器总体优化设计技术发展提供指导。     

多学科设计集成环境的模式和应用

进行复杂工程系统的多学科问题设计时，构建理想的设计环境非常必要。从支持分析代码重用、方便集成复杂的设计问题、支持并行计算过程和设计过程监控等角度着手，开发了多学科设计优化集成环境-MDOF。通过运载火箭多学科优化设计实例分析，验证了MDOF集成复杂设计问题可行性。     

计算机集成技术初探

该文对计算机集成设计技术进行了初步的探索。分析了集成技术发展的必然性，研究了计算机集成设计技术的现状，结合目前国际上比较通用的集成平台／集成框架软件在国外相关领域的应用情况，对我国的航天器研究设计提出了建议。     

空间相机协同设计和集成分析技术研究

空间相机的研制通常涵盖光、机、结构、热等多学科问题,各学科间相互影响,但在传统研制模式下却又交互困难。文章以某空间相机为例,对协同设计和光-机-热集成分析的环境和过程进行了介绍。结果表明,协同设计和集成分析能够实现不同学科间设计与分析数据的直接交互,为空间相机方案的跨学科快速设计,以及设计性能的高质量评价提供了可能;协同设计和集成分析技术能够快速、有效地开展空间相机的多学科集成设计和仿真,是实现空间相机领域仿真驱动工程的有效途径。     

协同优化在固体弹道导弹概念设计中的初步应用

讨论了标准协同优化方法的流程和特点,并针对固体弹道导弹系统的特点,设计了集成质量、动力、气动、外形和弹道5个学科的弹道导弹多学科设计优化模型.采用协同优化方法集成各学科的知识,协调处理各学科之间的耦合变量,应用合理的优化策略有效地解决了在弹道导弹多学科优化设计中的耦合关系所带来的计算问题,并对该模型成功进行了多学科优化设计,得到了优化方案.研究不但证明了协同优化方法在固体弹道导弹多学科优化设计中的有效性,还表明协同优化方法可使各子学科专注于本学科的优化设计,并使用本学科已有的分析工具,无需考虑对其他学科的影响,这方面相对于其他高要求的MDO方法具有较明显优势.     

面向飞行器总体设计的UMDO技术综述

针对当前飞行器设计领域对总体设计过程中不确定性因素的精细化管理需求，对不确定性多学科设计优化（Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization，UMDO）的研究现状和应用模式进行了综述和展望。首先综述UMDO的国内外发展现状，讨论开展UMDO研究和应用的必要性和紧迫性；从不确定性源建模、不确定性灵敏度分析、多学科不确定性分析、鲁棒性多学科优化设计4个方面梳理UMDO技术的发展体系，分析UMDO工程应用的研究现状，围绕飞行器总体设计过程提出适应各阶段设计需求的现代飞行器UMDO应用模式；最后，针对飞行器总体精细化设计能力的提升需求，分析了目前UMDO在工程应用过程中存在的问题，并探讨了UMDO的未来发展设想。     

基于XML的产品主模型技术研究

多学科设计优化方法是近年来发展的一种设计复杂系统的新方法。它充分考虑各个学科之间的相互影响和耦合作用,以获得系统的整体最优解。产品主模型技术是多学科设计优化的关键技术之一,能较好地解决应用模型之间的数据交换和通信。文章介绍了产品主模型的概念及其特点,对产品主模型技术及其实施过程进行了深入研究。回顾了可扩展标记语言的产生和发展历史,并对其特性进行了较详细介绍;研究了基于可扩展标记语言技术实现系统集成的技术路线;最后,提出了基于可扩展标记语言技术和产品主模型技术的卫星总体方案多学科设计优化集成框架。     

机械臂转位舱段过程的多学科集成仿真

基于高层体系结构(HLA)及Modelica建模语言构建的系统集成仿真平台,通过构建和集成与机械臂转位舱段过程相关的舱体动力学、机械臂、轨道、姿态控制、总体电路等功能模型,建立了机械臂转位舱段集成仿真模型,开展了机械臂转位舱段过程多学科集成仿真,建立并验证了基于功能模型的多学科集成仿真工作流程,提出并实践了基于功能模型的总体-分系统多学科集成仿真工作模式。仿真结果表明:文章提出的工作流程和工作模式合理有效,集成仿真方案可行,研究成果可以为航天器研制数字化提供参考。     

集成微波光子技术的现状及其宇航应用浅析

集成微波光子技术具有小尺寸、大宽带、可调谐和低功耗等优势，在未来高通量卫星载荷技术中极具应用前景。本文围绕集成微波光子技术宇航应用的两个关键技术--集成光子技术和集成封装技术，通过分析近几年国内外的发展状况，对目前我国集成微波光子宇航应用所面临的几项挑战进行了总结与分析。     

“卫星多学科集成设计、分析与优化技术”研讨会在京召开

2005年11月26日，由中国空间技术研究院筹备组织的“卫星多学科集成设计、分析与优化技术研讨会”在北京稻香湖培训中心隆重召开。此次会议紧密围绕如何利用多学科设计优化技术（MDO）提高航天器设计水平的主题，分技术发展前沿展望、核心技术及其应用、软件工具或系统研发现状等三部分展开研讨。此次会议共邀请了MDO及其相关领域的80余位专家学者出席，其中16位专家作了主题发言。     

薄膜铌酸锂——集成微波光子技术的基石

微波光子学以其独特的优势，在通信、雷达、电子战等领域取得了蓬勃的发展。但基于分立器件的微波光子系统在体积、重量及稳定性方面所存在的问题，正严重制约着微波光子技术在星载、机载等平台的应用。而以光子集成工艺为基础的集成微波光子技术有望打破这种困境。最近新出现的薄膜铌酸锂材料，以其线性的电光效应、更强的光场限制能力及更高的集成度，有望成为集成微波光子技术的基石。文章回顾了由铌酸锂晶体材料到薄膜铌酸锂材料，以及传统调制器到薄膜铌酸锂调制器的发展历程，重点对比分析了薄膜铌酸锂材料与现有的光子集成工艺平台所用的InP、SiO2、硅、氮化硅等材料，在光子集成特性方面的优势及劣势。     

航天器多学科设计优化研究综述

多学科设计优化方法是实现航天器“快、好、省”设计的有效手段。介绍了MDO方法的内涵及航天器多学科设计优化问题的系统表述；总结了航天器多学科设计优化研究在MDO系统建模、集成设计框架开发和MDO应用三方面的国内外进展情况，阐述了航天器多学科设计优化研究存在的困难，并指出多场耦合、分解协调策略以及MDO方法与设计流程的融合等问题是航天器多学科设计优化面临的主要难点；最后，讨论了航天器多学科设计优化理论研究与应用的发展趋势。     

智能优化算法及其在飞行器优化设计领域的应用综述

在对国内外相关文献进行系统研究的 基础上,阐述了飞行器优化设计领域应用较为广泛的几种智能优化算法的基本原理,分析了 算法的优缺点和改进方法,总结了算法在飞行器轨迹、气动和控制等学科优化设计中的应用 情况。同时,文章对在飞行器优化设计领域应用刚刚起步,但较有发展前景的智能优化算法的 特点和应用情况进行了概述。最后,对智能优化算法在飞行器优化设计领域应用的未来研究 方向进行了分析。
     

面向下一代载荷系统应用的光子集成芯片探索

文章以光子集成技术在未来卫星宽带通信与中继一体化系统应用为出发点，开展光子集成载荷应用需求分析，完成了模拟光处理与数字光处理、模拟片上处理与离散光处理的区别分析及特性梳理。重点介绍了现行的光子载荷搭载验证情况，完成光子载荷与传统射频载荷体积、重量、功耗对比分析。在此基础上，提出一种全芯片架构的光子处理转发载荷系统，并完成相应的功能拆解及业务划分，梳理下一步需要重点攻关的片上关键技术，为构建通用化、小型化、多波束并行的高通量卫星通信载荷系统提供技术支撑。     

小卫星数传基带数据处理通用集成平台设计

以传统小卫星数传分系统中对有效载荷数据进行处理的基带数据处理设备及系统管理控制单元为基础,采用高速串行数据线、高集成模块化数字电路、高速大容量存储模块集成、机电协同设计等技术,设计了一种数传基带数据处理通用集成平台。与传统小卫星数传分系统同功能设备与线缆设计相比,体积减小约82%,质量减少约75%,功耗降低约50%,能满足小卫星体积和质量小、功耗低的需求。此外,数据流优化设计可使固态存储利用率提升14.3%。文章提出的通用集成平台设计可为小卫星数传分系统的集成设计提供参考。     

航天器总装工艺数据结构化与集成应用

工艺数据结构化与集成应用是航天器总装研制生产信息化的一个重要发展方向。文章阐述了总装工艺数据结构化与集成应用的必要性、内涵、基本原则和亟待解决的问题,提出了航天器总装工艺数据集成的总体方案。针对所提出的总体方案,开展了工艺数据单（Process Data Bill, PDB）数据库系统的开发以及与其他应用系统的集成应用,为后续工艺数据结构化及进一步集成应用奠定了重要基础。     

运载火箭总体多学科协同优化平台方案研究

为了将多学科设计优化应用于运载火箭总体设计中,提出了基于MDO思想的运载火箭 多学科协同优化设计平台方案。系统论述了平台定位、功能需求、顶层组成框架设计、人员 角色、总体优化设计活动流程等相关内容。平台实现了运载火箭的专业设计工具集成、信息 集成、总体设计流程定制,并支持分布式协同设计和优化设计。〖JP〗     

基于iSIGHT集成平台的次镜支撑结构优化设计

空间遥感相机次镜支撑结构的稳定性对相机的成像品质具有很大的影响,对其进行分析和优化设计具有重要意义。通用的有限元分析方法无法对复杂结构自动进行多目标、多约束及多设计变量的优化设计。文章研究了以 iSIGHT 为集成平台的多目标优化设计方法及复杂结构的参数化有限元模型的建立方法,设计了次镜支撑结构的优化策略;通过分析得到了影响次镜支撑结构稳定性的各变量的灵敏度、设计空间及最优设计方案,结构性能大大提高。这种优化方法可以快速地找到最优方案,大大提高优化效率及产品的可靠性,可应用于其它次镜支撑结构设计乃至整个遥感器的设计中。     

过程集成与设计优化技术在碳纤维增强树脂材料设计中的应用

研究过程集成与设计优化(PIDO)技术在复合材料设计中的应用。以航空器领域上广泛应用的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为例,开展结构刚度优化设计。根据复合材料中层压板分布特性,以结构固有频率最大为优化目标,通过选择层压板各单层厚度和铺设角度,使用有限元方法模拟铺设角度变化并输出结果,采用优化算法对结果进行判定,得到结构刚度的优化结果。对比两种不同的PIDO优化过程,提出一种结果更优的优化策略——该策略在提高结构刚度的同时,兼顾轻量化,可为优化设计提供更多思路。