基于多方法协作优化算法的飞机总体优化设计

针对飞机总体优化设计中存在目标函数与变量之间没有显式关系式等问题,在建立包含推进、气动、性能及重量四个学科的飞机总体设计模型的基础上,采用遗传算法、模式搜索法和Powell法结合的多方法协作优化策略实现了飞机总体参数的优化;并对优化方案进行参数灵敏度分析,优化后飞机正常起飞总重较优化前降低11.6%,优化效果显著.分析结果表明了基于多方法协作优化算法的飞机总体优化设计的有效性.     

改进的粒子群算法求解飞机位姿评估问题

在飞机装配中,要求调姿基准点距离误差和最小以及各点距离误差满足容差条件。以往的飞机位姿评估算法注重距离误差和最小,可能出现调姿基准点的距离误差不满足容差约束的情况。为了求解在满足容差约束条件下的距离误差和最小的飞机位姿参数,提出一种新的优化模型,将带容差约束转化为带惩罚函数,与距离误差和一同作为优化目标,采用求解约束优化问题的粒子群算法进行求解。在上述算法上进一步改进,通过动态改变约束参数来加强约束条件,可以通过迭代方式进一步减小飞机调姿基准点最大距离误差。仿真算例和蒙特卡洛分析证明,求解约束优化的粒子群算法和改进的粒子群算法在求解飞机位姿评估问题时,求解得到的调姿测量点最大误差小于奇异值分解法。     

基于改进粒子群算法的高超声速飞机爬升轨迹优化

装备涡轮基组合动力发动机的高超声速飞机,其推力特性不同于传统的涡扇发动机,因此传统飞机的爬升策略不再适合这类高超声速飞行器。在分析了飞机爬升段数学模型的基础上,基于改进粒子群优化算法针对某高超声速飞机模型飞行剖面爬升段,以最小燃油消耗为目标进行轨迹优化设计。通过仿真计算,优化后的爬升段飞行轨迹能有效减少燃油消耗,证明了优化方法的可行性。     

离散型粒子群算法求解民航飞机排班问题

本文首先介绍了民航飞机排班问题,给出了飞机排班问题的基本数学模型。然后介绍了离散型粒子群算法的基本原理和在组合优化问题方面的应用,并通过相应参数的匹配选择将离散型粒子群算法引入到民航飞机排班问题。     

基于层次分析法与粒子群算法的飞机装配公差多目标优化

飞机研制过程中合理的装配公差分配是提高装配准确度和一次装配成功率、降低研制成本的有效途径。本文提出了面向装配性能、加工成本和装配操作复杂度的多目标装配公差优化模型;采用层次分析法与粒子群算法相结合的方法对飞机装配公差多目标优化模型进行求解,用层次分析法确定权重因子并以多目标装配公差优化模型作为适应度函数;最后,以某型飞机外襟翼的一个组件装配公差为例对算法进行验证,计算表明装配公差优化结果能够达到设计要求,可以提高装配公差优化的精度和效率。     

基于模拟退火的改进粒子群算法研究及应用

为加快粒子群算法效率,跳出局部最优陷阱,得到高精度最优解,文章提出了基于模拟退火的带收缩因子的粒子群混合算法(SACPSO)。首先,对混合优化算法进行了分析;然后,对混合算法进行函数数值仿真;最后,将SACPSO算法应用于PID参数整定问题。结果表明,改进粒子群算法的稳定性和搜索精度有了明显提高,收敛速度明显加快;在PID参数整定应用上,同传统方法相比,系统稳定,收敛性能好。     

高超声速飞行器再入轨迹多目标优化

针对飞行器再入轨迹多目标优化问题,提出了一种基于粒子群算法与层次分析法的综合求解策略。首先,根据飞行器的动力学模型以及再入约束条件,建立了飞行器多目标优化模型;然后,考虑到粒子群算法只能求解无约束单目标问题,采用罚函数处理飞行过程中的约束条件和优化目标;最后,针对不同约束及目标的权重对再入轨迹的影响,利用层次分析法建立包含主观评估信息的优化模型,采用粒子群算法优化求解满足相应约束条件的再入轨迹问题。仿真结果表明,该方法所生成的优化轨迹具有较高的精度和计算效率,并对设计者的主观需求有良好的体现。     

飞机总体设计优化中的多目标方案优选方法

飞机概念设计多目标优化的结果基本决定了飞机的总体外形。为提高多目标优化结果解集的优选效率,在多目标方案对比评价方法和可视化辅助评价支持两方面对飞机多目标方案优选方法进行了研究。首先在研究了线性加权和法及欧氏加权距离法的基础上,提出了体现具体目标对比的基于等效多边形的等效面积评价法,并进行了改进。其次,采用量化指标初选与可视化目标对比及方案模型可视化精选相结合的方式,在概念设计平台上实现了多目标方案优选方法。最后在轻型战斗机概念方案多目标优化实例中利用提出的优选方法对优化非劣解集进行了优选,结果验证了可视化辅助评价支持的优选方法方便快速获取满意方案的有效性。     

基于IPSO-Elman神经网络的飞机客舱能耗预测

为了提高飞机客舱使用地面空调制冷时客舱能耗的预测精度,提出了一种改进的粒子群优化（IPSO）Elman神经网络的飞机客舱能耗预测模型。依据对算法中惯性权重与学习因子的收敛域分析,得出了二者合理的取值范围,将粒子到全局最优位置间距离与参数的取值范围相结合,构造了惯性权重与学习因子的动态调节函数,对其进行非线性的动态调节,并引入了变异因子,提出了一种跳出局部最优的策略,防止粒子群优化（PSO）陷入局部最优。将IPSO-Elman应用于Boeing738飞机客舱能耗预测中,与PSO-Elman、Elman算法进行性能比较,仿真结果表明基于IPSO-Elman的客舱能耗预测模型在预测精度和收敛速度方面均有一定的提升。该研究结果为飞机客舱能耗预测模型的建立提供了理论依据,对飞机地面空调的节能与机场电能合理调配提供了支持。     

基于混合多目标粒子群算法的飞行器气动布局设计

 为了提高多目标优化算法求解非劣解集的效率,在多目标粒子群算法的基本框架中引入了Pareto过滤算子、小生境技术和模拟退火算法,建立了全新的混合多目标粒子群算法。该算法具有运算收敛快,所得非劣解集分布均匀、广泛的特点。将其应用于求解以升阻比和效用体积最大化为目标的再入式高超声速飞行器气动布局多目标优化设计模型,将计算结果与原始多目标粒子群算法的计算结果进行对比,体现出本文提出的混合多目标粒子群算法能够更加有效地求解复杂多目标优化设计问题的非劣解集,从而为多目标决策提供有力的支持。     

大柔性飞机着陆撞击多质量块等效模型

考虑飞机结构振动刚性模态和前n阶弹性模态,将飞机机体等效地转化为多质量块等效模型,给出了等效系统力学参量的计算方法,为计及机体振动影响的起落架落震试验设计,通过试验检验或确定起落架着陆载荷、功量等提供模型依据,同时也为起落架设计分析、设计计算提供了简明的等效系统。还给出了大柔性飞机着陆功量、机翼位移、剪力、弯矩计算公式。算例结果表明大柔性飞机的起落架设计有必要考虑机体结构弹性,并从全局出发,采用特殊的构造措施和优化设计技术。     

舰载飞机弹射滑跑起飞特性计算

给出舰载飞机从航空母舰上弹射滑跑起飞的动力学模型，基本解算方法和示例计算结果。考虑了起落架油液减震装置的柔性对起飞滑跑特性的影响，列出了起落架受力的数学模型和飞机纵向动力学方程，根据编制的计算机源程序，以典型的Ａ－６舰载机为算例，给出在整个弹射滑跑起飞过程中的ａ，ｘ，ｘ，ｙ和ｙ等弹射运动参数的动态反应特性。     

Integrated optimization on aerodynamics-structure coupling and flight stability of a large airplane in preliminary design

The preliminary phase is significant during the whole design process of a large airplane because of its enormous potential in enhancing the overall performance. However, classical sequential designs can hardly adapt to modern airplanes, due to their repeated iterations, long periods, and massive computational burdens. Multidisciplinary analysis and optimization demonstrates the capability to tackle such complex design issues. In this paper, an integrated optimization method for the preliminary design of a large airplane is proposed, accounting for aerodynamics, structure, and stability. Aeroelastic responses are computed by a rapid three-dimensional flight load analysis method combining the high-order panel method and the structural elasticity correction. The flow field is determined by the viscous/inviscid iteration method, and the cruise stability is evaluated by the linear small-disturbance theory. Parametric optimization is carried out using genetic algorithm to seek the minimal weight of a simplified plate-beam wing structure in the cruise trim condition subject to aeroelastic, aerodynamic, and stability constraints, and the optimal wing geometry shape, front/rear spar positions, and structural sizes are obtained simultaneously. To reduce the computational burden of the static aeroelasticity analysis in the optimization process, the Kriging method is employed to predict aerodynamic influence coefficient matrices of different aerodynamic shapes. The multidisciplinary analyses guarantee computational accuracy and efficiency, and the integrated optimization considers the coupling effect sufficiently between different disciplines to improve the overall performance, avoiding the limitations of sequential approaches utilized currently.     

舰载飞机弹射起飞性能和影响因素分析

本文通过舰载飞机弹射起飞动力学的研究,并根据弹射起飞的过程和要求,提出了确定弹射起飞参数(弹射力、发动机推力和平尾偏角)的计算方法。文中对舰载机的弹射起飞进行了仿真计算。最后讨论了飞机的起飞质量,发动机推力、起飞迎角、襟翼偏角和甲板风航迹等对弹射起飞性能的影响.     

大中型民用飞机起飞总重估算方法研究

推导了基于发动机推力估算起飞总重和基于旅客座位数估算起飞总重的公式。通过多种大中型喷气式民用客机相关参数的统计值,建立起飞总重对相关参数的多元回归分析模型,通过显著性检验,说明模型是有效的,并据此建立了新的起飞总重估算公式。通过算例结果分析表明,新的起飞总重估算公式具有很高精度。在新机的方案设计阶段若能给定此公式所需的相关参数,可以计算得到相对合理的设计起飞总重值。     

舰载飞机弹射起飞参数的优化研究

为了充分利用各种有利因素提高舰载飞机的弹射起飞性能，采用共轭方向法对舰载飞机弹射起飞参数进行了优化研究，优化计算结果表明，单独依靠前起落架的突伸会导致过大的前起落架载荷，只有把前起落架的突伸和升降舵的操纵相配合，才可以获得满意的弹射起飞航迹。     

倾转旋翼机回转颤振研究

建立倾转旋翼机飞机模式的分析模型,分析系统的频率和阻尼特性,揭示了对系统稳定性起主要作用的一些模态;分析了旋翼摆振运动、机翼气动力和自转状态假设对系统稳定性的影响;分析了系统一些重要参数,如桨叶固有频率和机翼固有频率,对系统回转颤振稳定性的影响。分析结果表明:本文建立的模型可以有效地分析倾转旋翼机的回转颤振特性。     

航模驱鸟设备的综合安全性研究

综合分析了影响航模驱鸟设备安全性的航模、操纵者及环境三方面的因素,为了提高航 模驱鸟设备的综合安全性,结合专家经验及数据,提出了相应的保证安全的措施。     

飞机环境控制系统出口温度计算方法

为保证飞机座舱环境和设备舱电子设备正常工作,现代飞机大都采用高压除水空气循环制冷系统进行环境控制,针对系统出口温度这一重要参数,在给定条件下,通过定性、定量相结合的分析方法,推导出了飞机环境控制系统出口温度的计算公式,找出了系统出口温度与水分离器出口温度及涡轮膨胀比的关系,并对误差进行了分析,给出了修正方法,对飞机环境控制系统设计计算具有指导作用。     

基于多学科设计优化技术的飞机概念设计软件平台

为提高飞机总体设计水平,缩短设计周期,基于多学科设计优化理论,采用数字化模型技术和变复杂度建模技术,采用产品数据管理思想,设计并实现了飞机概念设计软件平台.阐述了软件平台的设计思想、系统组成和基本流程,分析了所解决的关键技术问题.并以干线机概念设计作为应用对象,进行了软件平台的验证,结果验证了软件平台对飞机概念设计支持的有效性和可行性.