降低热变形的卫星有效载荷安装结构优化设计

在整星有限元热变形分析基础上,以有效载荷安装结构热变形最小为目标,对安装结构依次进行拓扑优化及设计敏度分析和尺寸优化。结果表明：通过优化设计,在显著降低该结构热变形的同时大幅减小其质量;拓扑优化给出结构基本构型,尺寸优化进一步细化结构设计方案,二者结合能有效改进结构设计。     

面向结构动静态变形控制的作动器综合优化配置研究

针对航天器柔性结构动态和静态变形控制的作动器布局关键问题,提出了一种综合优化配置方法.首先,基于有限元分析方法建立结构和压电作动器的模型.然后,基于可控Gramian矩阵提出了一种新的动态变形控制准则,并以形面均方根误差(RMSE)作为静态变形控制的优化准则.改进NSGA-II遗传算法的交叉和变异算子,以动/静态变形控制准则为目标,获得作动器综合优化配置Pareto最优解集.最后,提出归一化加权方法进行最优解集的综合筛选.最后,文章以一大型抛物柱面天线的支撑桁架为例,通过仿真验证了综合优化配置方法的优越性,其优化配置结果兼顾了动态变形控制和静态变形控制的性能.     

蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析

星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法,采用ABAQUS有限元和最小二乘法,对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算,对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm,上、下蒙皮铺层数量为12层时,型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在-80～120℃下的热变形,发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形,并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。     

高精度多波束反射器温度敏感性分析及热控改进

为了满足高精度多波束反射器较高的热变形要求，需要采取有效热控措施减小反射器温度波动。通过数学分析与有限元仿真，对影响反射器在轨温度场的因素进行分析，包括天线表面太阳光吸收率、半球发射率、太阳屏透过率、卫星平台反照等。并据此对中星十六号卫星多波束反射器在轨温度场进行修正，得到了与在轨遥测温度吻合度较高的温度分析值，验证了分析的准确性。最后提出了4项高精度多波束反射器热控改进措施。     

基于BQGA的重型液氧/煤油发动机柔性波纹管波形优化研究

适用于高温、高压、富氧燃气的柔性摇摆组件是我国重型液氧/煤油发动机"泵后摇摆"总体布局的核心组件,也是首先需要攻克的关键技术之一。为了从多波形参数匹配的细观角度揭示波形参数之间的敏感度关系,以及波形参数对结构特性的影响机理,将波形优化问题提炼为多变量、多目标的最优化问题,基于参数化非线性有限元仿真程序和量子位Bloch球面坐标的量子遗传算法(BQGA)进行协同优化。同时,在优化流程中,采用多项式响应面模型代替直接有限元求解,提高了优化效率。研究结果给出了最优波形方案,相对于基准波形,优化波形的承压能力提高了8.6%,而变形补偿刚度减少了41.32%。     

相对变形约束下某离心机吊篮拓扑优化设计

吊篮是离心机的承载结构,其质量直接影响到离心机的承载能力。基于HyperWorks/OptiStruct平台,以吊篮质量为目标函数,以吊篮平台最大变形为约束条件,采用变密度法对某离心机吊篮结构进行拓扑优化设计。有限元分析结果表明,拓扑优化后吊篮结构能够满足预设的最大变形约束条件,而且质量大为减小,很好地实现了轻量化目标。     

基于遗传算法和空间推进方法的高超声速进气道优化设计研究

将遗传算法（单目标遗传算法GA和多目标遗传算法NSGA-Ⅱ、NCGA）与高效、高精度的卒间推进方法——SSPNS（Single-sweep Parabolized Navier-Stokes Algorithm）流场计算方法相结合，对二维高超声速进气道进行了气动优化设计研究。在单目标优化设计中以巡航点（Ma=7．0）的总压恢复最大为设计目标，多目标设计中则在巡航点分别考察了总压恢复最大-压升最大两目标模型、总压恢复最大-压升最大-阻力系数最小三目标模型。优化设计结果表明，单目标设计使得总压恢复有明显提高；多目标优化设计所得的Pareto最优前沿为设计者提供了可靠的设计依据。为了兼顾巡航点和加速爬升段的综合忭能，采用多目标优化方法对进气道进行了多点优化设计，并开展了基于等动压弹道的设计点选择问题初步研究。计算结果表明，若将设计点选在Ma=6．5左右，则进气道的综合性能较好。     

基于遗传算法的复合材料壁板热颤振优化设计

将遗传算法与有限元分析方法结合起来,探索了以壁板颤振临界速度最大为目标,以壁板不发生热屈曲为约束条件,层合复合材料壁板铺设方式为设计变量的热颤振优化设计方法。在该方法中,通过有限元分析获取壁板的颤振速度作为适应度,同时引入一个可自动更新的数据库用于存储已求得的适应度,使得在优化过程中可以直接从数据库中读取对应的个体适应度,大大节约了优化搜索的时间。通过对矩形和正方形壁板的热颤振优化设计算例表明,该方法能在保持壁板铺层数固定的情况下有效提高壁板颤振临界速度,可应用于高速飞行器壁板热颤振的工程优化设计。     

GE O卫星大型固面反射器背部高频箱热环境分析

地球静止轨道(GEO)卫星为了改善天线性能,将一些射频设备直接安装在天线反射器背部,为此需要在反射器背部设置一个高频箱。当反射器口径大且为固面时,高频箱所处的外部热环境非常恶劣,外热流成分复杂。文章分析了高频箱不同外热流成分的影响,包括直接入射太阳光和来自反射器背部的反射光与红外辐射,并通过仿真和理论分析研究了影响高频箱外热流的主要因素。仿真结果表明:来自反射器的红外辐射热流影响更大。为减小高频箱外热流,反射器背部多层隔热组件外表面膜的太阳吸收比应尽可能小且稳定,以减小高频箱温度波动。     

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。     

星载天线反射面型面热变形影响因素分析

星载天线在轨运行时受到周期性的温度变化影响，天线反射面会发生热变形，影响天线增益。热膨胀系数是描述结构热变形的重要参数，并且会随温度变化；在进行结构热变形分析时若将热膨胀系数视为常数会给仿真分析带来误差。文章以抛物面天线反射面为研究对象，考虑热膨胀系数随温度的变化，针对ULE玻璃和M55层合板材料的反射面，仿真分析反射面厚度、支撑位置、选用材料等因素对星载天线反射面型面热变形的影响。结果表明，对于抛物面天线，支撑约束在中间位置时反射面型面误差最大；采用ULE玻璃的优化方案可将型面误差减小约1个数量级。实际设计中还要综合考虑质量、刚度及模态特性。     

基于混合遗传算法的火箭姿态控制设计方法

针对火箭控制系统姿态网络设计,提出了一种采用遗传算法和模拟退火算法混合的算法进行姿态网络自动设计的方法。该算法实现了已知校正网络幅频特性曲线的幅频向量,通过系统辨识和寻优搜索,可以计算出该网络的传递函数。本文对该算法进行了试验验证,证明该方法可行并优于单纯的模拟退火算法和遗传算法。     

基于MATLAB的现代优化算法在飞行器气动外形设计中的应用

本文发展了MATLAB语言环境下的现代优化算法，包括遗传算法、模拟退火算法和基于分支联赛选择的多目标遗传算法，并用来求解高超声速飞行器气动外形参数优化问题。所研究的气动外形为带控制舵飞行器和可变弯体飞行器。在MATLAB环境下，求解了最大化升阻比的单目标优化问题和具体有两个冲突目标（最小化铰链力矩并且最大化平均操纵效率）的多目标优化问题。实际算例表明，在快速有效的气动力分析方法辅助之下，本文所发展的MATLAB现代优化算法可以在飞行器初始设计中发挥作用。本文所提供的现代优化算法是对MATLAB优化工具箱的一个有益的扩展。     

基于混沌优化自适应遗传算法的数据关联求解

通过判断目标量测值和运动状态之间的最优对应关系,将数据关联问题描述为一类约束组合优化问题,采用混沌优化自适应遗传算法来求解数据关联问题,仿真结果表明,这种算法具有很高的关联成功率;此外,分别采用自适应遗传算法、混沌优化算法以及混沌优化自适应遗传算法求解数据关联问题,结果表明,混沌优化自适应遗传算法求解数据关联问题的最优率明显高于其他2种方法,且其收敛速度也明显快于单独使用自适应遗传算法或混沌优化算法。     

星载双反射抛物面天线热变形分析

星载天线在轨运行时受到空间外热流的影响，会经历周期性的高低温交变，导致其反射面产生热变形。为了保证星载天线稳定运行，选取某型号星载双反射抛物面天线作为研究对象，采用有限元法对天线高温工况下的在轨温度场进行分析，进而将天线上分布的温度载荷作为边界条件映射到结构场中进行热变形分析；同时详细分析了材料属性、铝蜂窝芯厚度、碳纤维贴层厚度、反射面支撑约束位置等因素对双反射抛物面天线热变形的影响，以期为星载天线结构优化设计提供理论参考。     

深空大规模天线阵布局优化方法研究

由大量廉价的小型反射面天线组成阵列对航天器进行跟踪通信是未来深空测控网发展 的一条新思路。提出一种改进的遗传算法对大规模小天线阵列地理布局进行优化,提高天线 阵列的测控性能。首先分析了布局优化的约束条件,然后以最小化旁瓣电平为目标,建立了 优化模型。分析了Kogan梯度算法和常规遗传算法的局限性,最后给出了改进遗传算法的优 化流程。仿真结果表明,改进的遗传算法不但具有高的优化效率,还可应用于阵列布局的多 目标优化。
     

基于并联协作混合遗传算法的高超声速巡航飞行器一体化优化设计研究

遗传算法能以很高的概率找到全局最优解，不需要目标函数和约束条件的梯度信息。适合于工程优化设计。为增强遗传算法的局部搜索能力，提出了一种新的融合模式搜索方法和Powell方法的并联协作混合遗传算法。研究超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航飞行器的一体化优化设计。系统分析了机身和超燃冲压发动机设计参数对飞行器总体性能的影响。通过建立高超声速巡航飞行器质量模型、气动力估算模型、气动热估算模型、超燃冲压发动机性能分析模型、控制模型和弹道分析模型，在满足参考任务要求的前题下，以飞行器起飞质量为目标函数，将并联协作混合遗传算法应用于最优总体方案和超燃冲压发动机方案一体化设计。完成了6设计变量的全局优化计算。算例表明，本文建立的一体化设计模型基本正确，并联协作混合遗传算法是用于高超声速巡航飞行器一体化优化设计的较好的优化算法。     

采用改进模拟退火算法的高速飞行器随控总体优化方法

选取翼身组合体气动布局的高速飞行器为研究对象,基于已建立的飞行器总体参数与气动非线性/耦合性等随控性指标间的表征数学模型,开展高速飞行器的随控总体优化方法研究,使得飞行器在全弹道上所有特征点处的非线性度/耦合度的最大绝对值达到最小。为改善经典模拟退火算法的全局搜索能力, 提高退火算法的趋优避劣性,引入精英集合策略。算法测试结果表明：改进模拟退火算法比经典模拟退火算法具有更好的收敛稳定性和收敛速度。算例飞行器的随控总体优化结果表明：飞行器在全弹道上的非线性度m α  NL 、耦合度C xy 、C yx 分别改进了90.6%、99%、36.5%,取得了较好的优化效果。     

PLZT光致伸缩层合梁的非接触形状控制

以光电层合梁非接触形状控制问题为研究对象,阐述了PLZT光致伸缩驱动器的工作机理,建立了光-电-力-热耦合情况下的光电有限元模型,通过引入加强假定应变模式和假定自然应变法改善了单元的性能。在此基础上,以光致伸缩驱动器所受到的光强大小为设计变量,以光电层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为目标函数,应用有限元法和遗传算法建立了求解基于PLZT光致伸缩驱动器层合梁非接触形状控制问题的一般方法。数值模拟的结果验证了该方法有效,表明该方法能够很好地实现光电层合梁结构的非接触形状控制。