飞机结构设计技术的发展思路

大量采用轻质结构和进行结构布局优化是当今飞机结构设计技术中的两大重要课题，是实现轻质、高效、低成本和高寿命结构发展目标的有效措施。这里重点介绍了先进复合材料、整体结构在飞机结构上使用和扩展的情况；概略地说明了飞机结构效费的综合设计；阐述了国内结构布局设计初探的两种优化方法——分级优化和集成法、知识驱动法。     

基于网格重生成的涡轮叶片变形传递方法

在涡轮叶片多学科优化中需要在气动模型和结构模型之间进行耦合信息(气压、温度和变形等数据)传递,来考虑学科耦合的性质.采用修正几何外形和网格重生成的方法实现了叶片结构变形向气动模型传递.传递时在叶片几何模型上增加若干外形控制线,叶片的外形由这些控制线的形状来决定.根据叶片结构变形,调整控制线节点位置坐标,以修改叶片外形控制线的形状,可以实现变形向叶片几何模型的传递.进一步,重新生成气动网格,可以得到结构变形后叶片的气动网格模型.      

三维组件布局建模与优化设计

 从工程应用背景出发,在研究现有组件布局问题的基础上,将Sphere-trees概念引入三维装填布局优化设计问题。采用有限球族进行非规则任意形状三维组件外形轮廓的统一描述,而非直接采用组件的实际外形轮廓进行装填布局设计,建立了任意形状组件装填优化设计干涉检查的系统性计算方法。通过几个典型算例,验证了该方法与序列二次规划法相结合解决有限空间内组件布局优化问题的适用性。     

分析模型参数化建模在飞机多学科优化设计中的应用

 论述分析模型参数化建模在飞机多学科优化设计中的重要意义,提出一种机翼气动与结构分析模型参数化建模方法。优化设计变量与机翼气动计算网格的中间参数变量用于描述机翼气动网格变形情况,并建立结构有限元网格与优化设计变量的空间变化关系,实现机翼气动/结构多学科优化设计模型的参数化描述。气动性能计算采用基于N S方程的计算流体力学方法,利用试验设计方法（DOE）和响应曲面模型（RSM）技术构造气动响应曲面用于优化设计,结构计算调用MSC/NASTRAN完成。采用Pareto遗传算法对一大展弦比复合材料机翼模型进行了多学科优化设计分析,得到Pareto前沿面和可选方案以供决策者选择。     

高升阻比翼型和机翼的多点优化设计

研究并给出了一种适用于CFD计算的尾迹面气动力计算方法,并讨论了实现尾迹面法的气动力积分技术.数值算例的结果与传统的表面积分法的结果比较表明,尾迹面法的结果更接近于实验数据.结果还表明此计算方法利用CFD可给出工程允许的精度范围的阻力值,因此也可用于复杂外形的阻力优化计算.讨论了多目标优化及综合目标函数构造的方法;给出了基于N-S方程流场求解的高气动性能翼型的优化设计方法和算例;讨论了基于欧拉和N-S方程流场求解的三维机翼优化设计方法和算例.翼型和机翼的优化设计算例结果表明,优化设计计算方法可有效地提高翼型的升力系数和降低阻力系数,具有更高的综合气动性能;三维机翼厚度非线性分布和负扭角会改善机翼流场的流动状态、提高机翼的升阻比.算例结果也表明所提出的优化设计方法是正确和有效的.     

TC4钛合金电子束焊接工艺参数对焊缝形状的影响

对TC4钛合金厚板电子束焊接焊缝形状进行了试验研究,分析了电子束焊接过程中不同工艺参数对焊缝形状的影响。结果表明,电子束聚焦电流对焊缝形状的影响较大,随着聚焦电流的变化,焊缝形状变化各异;焊接速度对焊缝形状的影响较聚焦电流要小,焊接速度不同,焊缝整体形状有所不同,但差异不大;电子束流对焊缝形状的影响作用较小,焊缝形状的变化近似于整体缩放。     

考虑飞行条件变化和制造误差的气动优化方法

提出一种渐近全局代理模型方法以提高稳健优化中的代理模型的精度.基本思路是连续成批地在样本空间的全局和局部均加入新样本点,不断提高代理模型的全局拟合精度.将基于渐近全局代理模型稳健优化方法应用于高亚声速翼型设计,结果表明不仅目标值阻力系数具有稳健性,对飞行条件的小幅度变化和制造误差不敏感,而且力矩系数的约束也具有稳健性.     

涡轮叶片转弯流道换热分析与优化设计

对涡轮叶片冷却通道换热问题进行了研究,提出了新的结构设计方案,改善了叶片性能。采用流-热耦合分析方法对典型三腔回流式冷却叶片气动及传热性能进行了分析,得到叶片压力与温度分析结果,发现叶片最高温度出现在叶尖尾缘位置。对此提出了冷却通道两种新的结构方案,在不降低叶片气动性能的前提下,分别可降低叶片的最高温度和平均温度。通过分析发现,将两种结构特征进行组合,可同时较大幅度地降低叶片最高温度和平均温度,并对新型组合冷却通道进行了优化设计,与原结构相比叶片综合性能得到了较大提高。     

基于柔性翼肋的变形机翼几何参数设计

为了实现柔性翼肋在机翼结构中的应用,试验分析了柔性翼肋结构的变形效能.推断分析了机翼几何参数(翼面积、展弦比、尖稍比、后掠角)对机翼升阻特性的影响,结合柔性翼肋在机翼中的应用,优化了机翼参数和相应的后缘柔性变形量.实验证明柔性机翼结构的可行性,性能评估证明柔性机翼具有一定的优势.     

遗传算法在气动优化问题中的适应性分析

由于在理论上可找到全局最优解、不需计算灵敏度、对设计空间无特殊要求等这些优点,遗传算法(GA)在气动优化问题中得到了大量的应用.然而,实际应用中算法的理论收敛条件很难满足,面临着严重的计算效率问题.在具体应用中,气动问题本身的特点对算法参数选取和进程设计提出了适应性的要求.本文在分析算法优化机制的基础上,针对气动优化自身特点,以典型气动优化问题为例,对优化参数的设置进行了分析讨论.分析总结了翼型优化问题中参数化模型设计变量维数增加对翼型优化问题的影响,给出了初步定量的参数取值规律.结果表明参数化模型应当选择足够大的变量维数来描述设计空间,在变量维数确定之后选取合理种群规模和截止代数,以保证优化结果的收敛性.所得定性和部分定量的结果可以为优化算法在气动优化中的应用提供依据.