民用飞机驾驶舱构型快速设计方法

为在方案设计阶段提高民用飞机总体方案的设计质量和形成效率,研究了民用飞机驾驶舱构型的设计措施,并在一个开放式的飞机总体设计环境中实现了这一功能.定义了飞机机身坐标系,研究了确定驾驶员设计眼位、驾驶舱布置和风挡参数化设计与模型构建的方法.建立了交互式民机驾驶舱构型二、三维快速设计环境.在此基础上,实现了驾驶舱模型的自动化调整,为总体设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础.通过设计实例证明了该方法的有效性.     

电动静液作动器设计方法综述

电动静液作动器(EHA)是一种起源于航空领域的新型高性能伺服作动装置,正逐渐成为各类大型装备的通用基础元部件,鉴于其机电液控热多学科耦合较大且要达到的综合指标又高,所以迫切需要一套高效科学的设计方法。从EHA完整设计过程的角度,综述其中的设计方法,为今后EHA产品的设计开发流程提供了基本支撑和多样化的技术手段。总结出基于自动化系统设计和多学科联合详细设计的EHA设计方法,并对其中的综合指标建立、建模仿真、优化设计、控制设计等关键技术进行了分析,给出适合不同设计任务特点的各步骤实现途径。展望了自动化详细设计、基于模型系统工程、3D打印等最新技术在EHA设计中的应用,为后续进一步提升EHA设计水平提供了参考。     

燃气发生器身部多学科设计优化

为了探索液体火箭发动机多学科设计优化的一般方法,以液体火箭发动机燃气发生器身部为研究对象,在对其进行面向设计的多学科分析的基础上,建立了燃气发生器身部的多学科优化模型,涉及流动、传热、结构强度3个相互耦合的学科.引入了一种新的多目标方法——物理规划方法处理其中的多目标优化问题,通过类别函数将设计者的偏好转化为优化目标,避免了对各个不同大小和量纲的分目标之间重要性的比较和权衡.优化结果显示,利用多学科设计优化减轻了燃气发生器的质量,改善了原有设计,能够提高发动机的设计水平.      

基础软件平台集成测试组合选择方法

针对基础软件平台集成测试组合爆炸的问题,研究了组合设计方法,提出了一种基于组合设计选择基础软件平台集成测试组合的方法.该方法将基础软件平台看作是一个多因素的系统,组成平台的每类基础软件用一个对应的因素变量来表示,每类基础软件的不同品牌产品表示为各因素变量的多种取值,构建相应的正交表或基于正交表的覆盖表,采用正交表或覆盖表来选择集成测试组合,按照选择的集成测试组合进行基础软件平台集成测试.应用实例表明该方法保证了集成测试组合对基础软件间两两交互的全覆盖,并有效地降低了集成测试组合数.     

基于现代实验设计技术的巡航导弹概念设计

采用跳跃弹道空地巡航导弹为算例,研究了新型实验设计技术,即拉丁化近正交海默斯利序列取样法,在多学科设计优化中的应用.应用该实验设计方法进行了实验设计,并对取样结果与传统拉丁方取样进行了对比;基于支持向量机构建了学科近似模型,通过对验证数据的回归分析,检验了支持向量机响应的可靠性.应用该近似模型对算例进行多学科设计优化,并通过与精确模型的对比,检验了该近似模型的准确性.拉丁化近正交海默斯利序列取样法是一种高效的现代实验设计方法,在相似的实验条件下比传统拉丁方设计具有更好的正交性和均匀性,在复杂系统多学科优化设计中具有很大的应用价值.      

协作优化方法的计算特性及其应用范围研究

协作优化方法是近年来发展起来的一种多学科设计优化方法,适用于求解大型分布式分析问题.本文分析了协作优化方法的基本构架和数学表达形式,研究了协作优化方法的计算特性,提出了对这种方法的改进途径,最后讨论了这种方法在多学科设计优化领域中的应用.     

一种求解函数全局优化问题的正交方向法

提出了一种求解函数全局优化问题的正交方向法.该方法通过前三轮大范围的正交设计寻找全局最优解的大体位置,然后通过若干轮小范围的正交设计进行最优解的精确逼近.每一轮正交设计中,探索设计空间的试验点依据正交表围绕一个中心点产生,设计变量的取值范围逐渐减小.而在每一轮正交设计后,采用一维搜索提高搜索精度.一维搜索的方向由每轮正交设计的中心点和最好(或最坏)点决定. 该算法计算量较小且易于编程.采用两个数学优化问题和一个火箭动力、水平发射的单级入轨飞行器的弹道优化问题对算法进行了测试.这些算例表明,当目标函数的极值数少于正交表提供的试验方案数时,正交方向法常常能以较小的计算量获得全局最优解.     

高空气球综合/开放式设计系统

开发了一种新架构的高空气球设计系统,引入了综合性、开放式的设计理念,采用面向对象的整合方法,包含了自定义开发、多Agent基线比选等开放性设计功能,通过实例证明了该系统不仅可以进行模型建立、性能分析、费用评估等分析结果综合评价,还使方案设计与数字加工、飞行仿真等实际应用结合在一起.     

基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计

建立了类X-51A高超声速飞行器的多学科模型,包括外形、气动、推进、质量、热流、弹道等学科.采用多学科设计优化(MDO, Multidisciplinary Design Optimization)方法中的协同优化(CO, Collaborative Optimization)进行了计算,计算流程中构建了两个子系统优化器与弹道学科的代理模型,使用代理模型替代了计算耗时的真实模型.同时为了对比,采用了多学科可行法(MDF, Multidisciplinary Feasible Method)进行了优化计算.结果表明,二者的优化结果基本一致,优化之后的飞行器质量比初始构型飞行器降低了15.2%,航程提升了63.5%,并且使用代理模型后计算效率也得到了很大的提升.验证了基于代理模型的协同优化方法应用于高超声速飞行器设计中的有效性.     

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.      

基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法

将本体与本体映射引入产品概念设计方案生成领域,提出了一种基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法,有助于解决传统概念设计方案生成算法中由于知识描述不一致而导致的产品设计知识重用困难,以及设计方案生成准确性低的问题.该方法使用本体知识表示方法建立产品设计知识库;使用本体映射算法自动地搜索产品设计知识库中符合设计需求的产品概念设计方案.通过起重机起升机构驱动装置设计实例,验证了基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法的正确性和有效性.     

正交试验法在空间自由漂浮机械臂控制参数寻优中的应用

摘要： 针对空间自由漂浮机器人自适应控制参数的寻优问题,引入正交试验设计方法.综合考虑了各因素对试验结果的影响,通过较少的试验仿真次数即可快速获得较为理想的控制器参数,因此该方法对复杂系统控制器参数寻优具有较为实用的借鉴意义.实例证明,采用L81(340)正交表能较好地完成两自由度自由漂浮空间机械臂的14个控制参数寻优.     

产品概念设计方案的评价方法

概念设计方案的评价方法是设计过程可接受性决策的重要依据.利用模糊数学的理论与方法把各种模糊信息数值化以对概念产品方案进行定量评价,通过建立设计方案评价体系及不同评价指标隶属度、考虑不同指标权重的方法,给出了产品概念设计方案的综合模糊评价方法,从而为产品概念设计提供一种形式化的、科学化的推理决策依据,同时也为产品设计过程自动化打下良好基础.     

Evaluation Method for Projects of Product Conceptual Design

概念设计方案的评价方法是设计过程可接受性决策的重要依据 .利用模糊数学的理论与方法把各种模糊信息数值化以对概念产品方案进行定量评价 ,通过建立设计方案评价体系及不同评价指标隶属度、考虑不同指标权重的方法 ,给出了产品概念设计方案的综合模糊评价方法 ,从而为产品概念设计提供一种形式化的、科学化的推理决策依据 ,同时也为产品设计过程自动化打下良好基础     

直升机概念设计中的部件参数化

为了满足直升机概念设计阶段对方案快速建模的要求,在面向对象技术的基础上提出了直升机概念设计阶段部件的建模分类方法,并且建立了一个计算机辅助直升机概念设计系统.应用非均匀有理B样条NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面和基于特征的部件造型技术,实现了各种型式直升机方案的参数化建模.其中结合设计参数提出了旋翼的桨叶、桨尖、桨毂以及整流罩的描述参数,并对涵道尾桨进行了分段造型处理.最后给出了该系统中生成的两个设计方案作为实例以验证所提出方法的便捷性和有效性,这些方法也为进行设计方案的性能分析和优化等后续工作奠定了基础.      

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.      

柔性调平机构概念设计

芯片之间的调平是保证对准精度的一个重要手段.针对目前微制造领域中常用调平机构的缺点,提出了一种实用的柔性调平机构.该机构具有精度高、速度快、结构紧凑、控制简单等优点.重点对机构的调平原理及其概念设计进行了详细论述.在概念设计中,对机构的总体结构及其关键元件--柔性柱的结构进行了设计与分析;为确定调平机构主要的设计参数,建立了原始尺寸、变形尺寸和应力三个方面的约束条件.利用能量法对柔性柱的柔度进行了理论分析,通过商用有限元软件ANSYS8.0对其进行了仿真,从而验证了柔度公式的正确性.指出了在设计实现中需要解决的若干关键问题.     

改进遗传算法在飞机总体参数优化中的应用

基于飞机总体参数设计中的多目标优化问题,提出了改进的多目标遗传算法.算法围绕Pareto最优解的概念,利用遗传算法的内在并行性,设法求取多目标优化问题的"Pareto前沿".将不同的改进遗传算法应用于同一干线客机总体参数优化设计中,要求巡航升阻比和有效载荷系数两个目标达到最大,并对各种算法所得的结果进行综合分析与比较,结果显示:基于Pareto排序的多目标优化算法(NSGA,Non-dominated Sorting Genetic Algorithm)的Pareto解最优,可以支配改进的向量评价遗传算法(VEGA,Vector-Evaluated Genetic Algorithm)和随机权重遗传算法(RWGA,Random-Weight Genetic Algorithm)的结果;而VEGA和RWGA的结果互有优劣.      

基于不确定性的设计方案经济可承受性分析

研制周期中的不确定性因素对飞机总体方案的评估结果有着重要影响.通过对飞机设计过程中不确定性因素的分类及其相应处理方法的分析,建立了基于区间数层次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)和鲁棒设计RD(Robust Design)的概率多准则决策MCDM(Multiple-Criteria Decision-Making)方法,可用于处理不确定因素影响下的飞机总体设计方案评估问题,并使评估结果更具科学性.通过上述方法的引入,着重考虑了新技术的引入和寿命周期费用的波动对设计方案的影响,建立了基于不确定性的设计方案经济可承受性分析结构模型.最后,利用算例分析检验了上述分析模型的有效性.