多学科设计优化中的不确定性建模

不确定性因素对复杂工程系统设计的影响贯穿整个设计过程.对多学科设计优化(MDO,Multidisciplinary Design Optimization)中不确定性的来源进行了总结和归类;建立了包含2个耦合学科的MDO系统分析输出结果的不确定性与设计变量输入数据误差和模型误差之间关系的数学模型,用于计算各种不确定性对系统性能的影响.算例分析结果和实验结果吻合,表明该数学模型有效可靠.经过扩展可用于估算包含多个耦合学科的MDO系统分析输出结果的不确定性,为鲁棒多学科设计优化方法的构建提供理论基础.      

大型飞机起落架收放控制系统仿真

起落架收放控制系统设计需考虑多种约束条件和影响因素,系统仿真平台的使用是辅助系统设计的重要手段.基于流体系统仿真软件Flowmaster,建立了大型飞机起落架收放控制系统液压附件仿真模型,在此基础上构建了完整收放控制系统仿真模型.基于建立的系统仿真模型,进行了正常飞行状态下起落架收上过程仿真分析,仿真结果给出了液压作动器尺寸设计对收放过程中系统入口压力需求、系统液压流量及起落架收放时间的影响.该仿真方法可用于起落架收放控制系统初步设计及多种飞行状态下设计方案的校核.     

大型飞机起落架收放控制系统仿真

起落架收放控制系统设计需考虑多种约束条件和影响因素,系统仿真平台的使用是辅助系统设计的重要手段.基于流体系统仿真软件Flowmaster,建立了大型飞机起落架收放控制系统液压附件仿真模型,在此基础上构建了完整收放控制系统仿真模型.基于建立的系统仿真模型,进行了正常飞行状态下起落架收上过程仿真分析,仿真结果给出了液压作动器尺寸设计对收放过程中系统入口压力需求、系统液压流量及起落架收放时间的影响.该仿真方法可用于起落架收放控制系统初步设计及多种飞行状态下设计方案的校核.     

结构受损飞机动力学模型与飞行控制方法

为实现对结构部分受损飞机的安全控制,建立了其动力学模型,通过分析将结构受损飞机的旋转运动分解为正常飞机旋转运动和由于受损引起的扰动运动,将结构受损飞机的控制转化为对扰动等不确定性因素的抑制问题.提出了一种基于扩张状态观测器的轨迹线性化控制方法进行飞行控制律设计,使系统具有较强的鲁棒性.仿真结果表明:当飞机右侧机翼缺损15%半翼展长时,控制系统能实现结构受损飞机的解耦控制,角速度响应能较好地跟踪指令,有效抑制了结构受损带来的不确定性和扰动.     

飞机系列机翼气动特性稳健匹配优化设计

在现代大型客机系列的设计中,机翼常作为通用模块,在每个型号上使用.针对各个型号因使用任务要求不同而使得对机翼气动特性需求不同的问题,引入设计权重,提出机翼气动特性匹配设计概念,建立了机翼气动特性匹配设计模型.并分析了设计权重的不确定性对机翼气动特性的影响,建立了稳健匹配优化设计模型,最终完成某高亚音速客机系列机翼气动特性稳健匹配优化设计.研究结果表明:与传统优化方法相比,稳健优化设计能够减小飞机系列中机翼在各型号上的气动特性差异,降低了设计权重的不确定性对机翼气动特性的影响, 提高了飞机系列的气动性能.     

民用飞机系列商载航程匹配设计

民用飞机产品开发的模式已从"单型飞机"的概念向"飞机系列"概念转化.根据模块化和通用性的策略,发展了飞机系列化设计方法,给出了飞机系列主要参数的设计原则和飞机系列经济性的描述方法,建立了飞机系列商载航程匹配设计模型.分析了商载和航程的匹配关系对飞机系列经济性的影响,利用Pareto多目标遗传算法,完成了某一民用飞机系列商载和航程的匹配设计,对不同设计方案的参数进行了比较分析,取得了较好的设计结果.     

基于状态条件概率的设备剩余寿命预测

针对机载设备剩余使用寿命预测中存在的不确定性因素,建立了基于状态条件概率分布的机载设备剩余寿命模型.首先,引入状态条件概率矢量对隐马尔科夫模型（HMM,Hidden Markov Model）进行不确定性改进,并推导了其计算形式.其次,给出了近似确定状态退化转移时间的方法,由此得到了以状态条件概率矢量为协变量的条件可靠度函数及剩余寿命模型.最后,以飞机发动机温控放大器为应用对象进行仿真计算.仿真结果表明该模型预测精度高,能够较大程度地降低不确定性因素的影响.      

基于证据理论的潜艇舱室综合环境质量评价

以我国核潜艇舱室环境为研究对象,开展综合环境质量评价研究.经分析确定与潜艇舱室环境质量相关的影响因素主要包括温度、湿度、空气污染物、颗粒状污染物、微生物及噪声.为克服上述多评价因素之间的多项性和不确定性,提出采用基于D-S(Dempster-Shafer)证据理论的潜艇舱室综合环境质量评价方法.该方法是在层次分析法的基础上,引入证据理论,利用D-S合成公式对不同权重的多个专家评价信息进行合成.该方法能够有效综合多个不同权威评价专家的不确定性评价意见,提高评价结果可信度.      

基于飞行剖面的作战飞机任务可靠性评估方法

针对作战飞机故障数据的特点,分析了作战飞机不同飞行剖面对其任务可靠性的影响.在此基础上,定义了飞行剖面折合系数、建立了作战飞机任务可靠性模型.基于该模型给出了作战飞机在不同飞行剖面下的任务可靠性评估方法.针对想定任务剖面,采用剖面合成的方法把其处理为典型飞行剖面的线性组合,并由此给出了作战飞机在想定剖面下任务可靠性的预测方法.实例表明基于飞行剖面的作战飞机任务可靠性评估方法合理可行,便于工程应用.     

飞机总体设计过程中的数据管理

飞机总体设计中所涉及到的是海量数据,且具有数据种类繁杂的特点,同时具有很高的安全性方面的要求. 在如何利用数据库技术对海量、繁杂的飞机总体设计数据进行合理、有效地分类组织管理方面作了一些探讨. 分析了总体设计过程中所涉及到的数据所具有的特点,对设计过程中的数据进行了归纳分类;提出了利用近年来迅速发展的面向对象技术对飞机总体设计数据进行分类、管理的概念并给出了一个简单的实例;最后介绍了利用数据库管理飞机总体设计数据的一些需要注意的问题.     

军用飞机,发动机战技性能评估研究

飞机、发动机战技性能的评估,无论对于改型论证工作,或者对于新机论证和初步设计都有极其重要的意义。本文介绍了由北航研究发展的飞机/发动机一体化评估系统(简称为AEAS),以及利用AEAS对军用飞机/发动机(涡喷或涡扇发动机)组合方案战技性能评估研究的一些结果。还讨论了利用AEAS具有的优选功能,根据飞机飞行任务和战技性能要求,分别或同时对飞机/发动机系统主要设计变量(如飞机起飞推重比,翼载,机翼外形几何参数和发动机循环参数等)的各种组合进行优选,求得最佳方案的算例。使用AEAS的初步经验表明,计算结果合理,计算精度和所需CPU时间适合于飞机/发动机系统方案论证和初步设计阶段工作的需要。     

基于动态指标的飞机方案多目标优化方法

为提高飞机方案多目标优化过程中最优解的搜索效率,对多目标方案的比较评价方法及其在优化中的应用进行了研究.提出了可用于多目标方案对比评价的基准指标,并建立了利用新生成方案的目标值对基准指标进行动态更新的动态指标.通过采用动态指标构造适应度函数改进了多目标遗传算法,进行的双目标优化算例表明,改进的算法能够获得更优的Pareto前沿.采用改进的多目标优化方法对一种轻型战斗机概念方案进行了优化设计,设置了重量、气动、隐身等4个优化目标,优化结果验证了基于动态指标改进的多目标遗传算法在飞机概念方案设计优化中的有效性.      

机翼结构有限元的快速建模及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了在OpenCADS(Open Conceptual Aircraft Design System)这一按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机总体设计系统中进行飞机机翼结构有限元快速建模及自动化调整的措施.提出了采用梁单元和壳单元进行概念设计中机翼结构有限元的等效处理方法,定义了以翼肋为标定的结构有限元节点及各单元的编号规则,设计了相关的数据类组织与应用逻辑,以此为基础实现了机翼结构有限元模型的自动化调整,为概念设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础.通过设计实例及其应用验证了方法的有效性和可靠性.      

超音速靶机的总体设计与研究CSCD

根据武器系统试验需求,提出了超音速靶机的总体技术要求。按照飞行器设计的基本流程,完成了某型超音速靶机的总体设计,对该型靶机的动力系统、气动布局、气动特性等方面进行了详细设计,并对主要飞行性能进行了计算,为超音速靶机的工程实现打下了基础。     

翼身融合布局客机客舱布置快速生成原型系统

翼身融合布局（BWB）客机的客舱布置方案在很大程度上决定了其气动外形，筛选出一种合理的客舱布置方案是BWB客机概念设计的一项重要任务。为了提高BWB客机客舱布置设计的效率，应用基于知识工程（KBE）的方法，将BWB客机客舱布置的知识和规范融入在客舱布置几何模型创建过程中，开发出了一个BWB客机客舱布置快速生成的原型系统。分别以300座和400座BWB客机为例，验证该原型系统的有效性。结果表明，只需输入客舱布置设计要求和主要参数，该原型系统即可自动地生成客舱布置方案。所开发的原型系统为BWB客机客舱设计提供了一种快速的途径。      

民用飞机机翼结构快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机翼结构及整体油箱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能.定义了飞机翼面坐标系,提出了机翼、梁/墙、桁条、翼肋和蒙皮的参数化描述及模型构建方法,建立了交互式机翼结构及油箱三维设计环境,自动获取结构及油箱的体积、重量、重心和惯性矩等物理信息.在此基础上,实现了机翼结构和整体油箱的自动化模型调整及几何体质量特性的自动重算,为总体设计阶段进行飞机重量、气动和结构的多学科设计优化奠定了基础.最后,给出设计实例说明了机翼结构的设计和自动化调整方法是有效的.     

面向对象的飞机概念设计系统中的重心估算

为了在飞机概念设计阶段有效而便捷地评估方案重量和静稳定裕度等特性,研究了在一个按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机概念设计系统中进行重心及相应重量估算的措施.着重论述了重心估算部分的面向对象结构和采用的方法,尤其是根据相关部件的设计与造型特点估算燃油及起落架重心的方法.通过在设计方案的动态调整过程中估算其重量和重心,验证了该部分的适应性和可靠性,以及设计者交互地对估算的方法和结果加以控制的灵活性.      

民用飞机机身结构快速设计及自动化调整

为了在飞机设计前期对结构进行较详细的考虑,满足在设计前期进行以强度为约束的重量特性评估、方案评估等方面的需求,研究了民用飞机机身结构快速设计、建模以及模型自动化调整的方法,并运用该方法在一个开放式飞机总体设计环境中开发实现了此功能.定义了飞机机身坐标系,提出了机身各类结构件的参数化描述及构建模型的方法,建立了交互式机身结构设计环境,可自动获取结构的体积、重量和惯性矩等信息.在此基础上实现了模型自动化调整和重量特性的同步更新,为总体设计阶段进行飞机重量、气动和结构的多学科设计优化奠定了基础.最后,用设计实例验证了该方法的有效性.      

产品概念设计网络求解的评价算法研究

产品概念设计是一种复杂的推理求解过程,它的设计过程的推理、判断工作量往往非常巨大.利用"与/或"树的知识表达方法,对产品概念设计过程的原理解答及其组合原理方案评价进行了深入的研究,提出了一种分解/综合网络评价算法,为产品概念设计过程的优化以及设计效率的提高打下良好的基础,并为进一步开发智能设计的计算机软件支持工具提供了一种形式化的评价方法.