Kriging模型及代理优化算法研究进展

代理模型方法由于能显著提高工程优化设计问题的效率,在航空航天及其他领域得到了广泛重视,并逐渐发展成为一类优化算法,本文称其为代理优化（SBO）算法。在现有的代理模型方法中,如多项式响应面、径向基函数、神经网络、支持向量回归、多变量插值/回归、多项式混沌展开等,源于地质统计学的Kriging模型具有代表性,是一种非常具有应用潜力的代理模型方法。以飞行器设计领域的优化问题为背景,介绍了Kriging代理模型及应用于优化设计的理论和算法的最新研究进展。首先,概述了Kriging模型的基本理论和算法,并讨论了影响Kriging模型鲁棒性和效率的几个关键性问题。其次,回顾了Kriging模型理论和算法研究的3个最新研究进展,包括梯度增强型Kriging、CoKriging和分层Kriging模型。而后,分析提炼了基于Kriging模型的代理优化算法的优化机制和优化框架,给出了“优化加点准则”和“子优化”的概念,并介绍了目前常用的几种优化加点准则及其相应子优化问题的求解与约束处理;同时,还介绍了最新提出的局部EI加点准则以及代理优化的终止条件。最后,介绍了代理优化在标准测试函数算例验证、飞行器气动与多学科优化设计典型算例确认方面的研究进展,并对当前存在的一些关键科学问题以及未来研究方向进行了讨论。     

航空发动机涡轮叶片的多学科设计优化

叙及了多学科设计优化技术在航空发动机涡轮叶片设计中的应用研究,对涡轮叶片多学科设计优化方法进行设计的具体实施过程进行了介绍,讨论了结构、气动、传热、强度、振动和寿命以及优化算法等跨学科之间进行耦合优化设计的理论和方法。文末给出了一计算实例。      

飞行器多学科设计优化软件系统

为解决飞行器总体设计的难点,介绍了可用于飞行器多学科设计优化的软件.该软件利用"松耦合"方式,以SQL Server 2000为数据库管理系统(DBMS),与各学科分析程序相结合.阐述了该系统的功能和软件结构、软件流程、主要模块.为解决关键技术,提出圆环图处理总体与各学科的关系,利用模糊理论进行非数值型变量的转化,提出无量纲化多目标法进行多目标综合处理,构建单一数据库进行数据管理,采用三个数据文件作为程序接口.总结了软件的特点.算例表明软件具有实用性.     

一种处理多学科优化问题的通用和有效方法

提出将多学科设计优化问题按单级优化来处理，并利用包络对偶法直接对其进行优化运算。通过对一道测试和评价多学科优化方法有效性的典型算题的计算和求解，显示了该方法处理多学科优化问题具有收敛速度快、计算效率高、并具有通用性等特点。     

倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科优化设计研究

采用了多学科设计优化方法, 根据涡流理论建立了倾转旋翼桨叶空气动力学分析模型, 利用CATIA, ANSYS和ADAMS等软件分析倾转旋翼桨叶结构动力学特性, 采用iSIGHT多学科设计优化软件集成空气动力学和结构动力学分析模型, 建立起倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科设计优化系统, 进行多学科设计优化研究.并以倾转旋翼机XV-15的桨叶为算例, 进行设计优化, 结果表明提出的倾转旋翼桨叶空气动力学/结构动力学多学科设计优化方法是可行和有效的.      

基于改进姿态控制系统模型的卫星多学科优化

分析了三轴稳定卫星姿态控制分系统与其它分系统的耦合关系,选定了姿态稳定方式和姿态控制系统硬件,建立了更为精确的计算姿态控制分系统质量和功率的分析模型,然后基于多学科设计优化协同优化算法建立了总体系统、姿态控制分系统、电源分系统和结构分系统的优化模型,最后用C语言对分析模型和优化模型编程计算.结果表明,分系统模型能与总体系统模型有效协调优化,得到更好的总体性能指标.      

卫星总体参数多学科优化与建模探讨

卫星总体参数优化是一个典型的多学科优化问题。文章针对卫星总体参数优化建模及其他相关问题进行了探讨,阐述了卫星总体参数优化的过程;以对地观察卫星为对象,给出了多学科优化模型,包括优化目标、约束条件和设计变量。     

飞行器多学科设计优化关键技术分析

多学科设计优化对飞行器设计技术的发展具有革命性意义,其包含了大量新技术和理论的应用,已成为一门新兴的学科。文章针对飞行器多学科设计优化与传统设计模式的区别,介绍了开展飞行器多学科设计优化需要发展的7项技术,系统地分析了这些技术的应用背景、发展状况和发展方向。     

先进战斗机电子设备舱冷却系统优化方法研究

大功率电子设备的应用,使得以F-22为代表的先进战斗机电子设备舱的冷却系统面临高热负荷和大热流密度问题。针对先进战斗机的电子设备舱冷却系统的设计优化问题,分析比较了传统设计优化方法与多学科设计优化方法的结构体系及特点。其中传统设计优化方法选用整体优化方法和串行优化方法,多学科设计优化方法选用协同优化和并行子空间优化两种典型方法。通过MATLAB软件及ISIGHT软件平台,对上述优化方法进行仿真,分析仿真结果表明,多学科设计优化方法在解决多变量复杂系统的优化设计问题时,有相对计算量小的优越性。     

MDO approach for early design of aerobraking orbital transfer vehicles

This paper presents a new multidisciplinary design optimization (MDO) methodology for preliminary design of an aeroassisted orbital transfer vehicle (AOTV) performing a two-way transfer between a low-Earth “parking” orbit and a high-energy orbit. This work has been performed in the frame of Onera's CENTOR [N. Bérend, C. Jolly, F. Jouhaud, D. Lazaro, Y. Mauriot, C. Monjaret, J.M. Moschetta, M. Parlier, J.L. Pastre, Y. Servouze, J.L. Vérant, Project CENTOR: Preparing the design of future orbital transfer vehicles; IAC-07-D.2.3.07, in: 58th International Astronautical Congress, 24–28/09/2007, Hyderabad, India] project whose objective is to prepare tools and methodology for studying and designing future space transportation systems for new kinds of missions such as on-orbit servicing (OOS), payload ferrying, or in-situ observation of space-debris. Using simplified models and an appropriate low-dimension formulation for the optimization problem the method makes possible to obtain rapidly and easily a global view of the trade-off between the payload mass and the total mass. It also makes possible to discuss the feasibility of the vehicle with regard to different multidisciplinary constraints and technology hypotheses for the heat shield. This approach is illustrated by eight different AOTV design studies, considering two different missions (LEO–MEO and LEO–GEO), two different propulsion technologies (LOX-LH2 and LOX-CH4) and two different thermal protection system (TPS) characteristics. In each case, we discuss the feasibility and characteristics of the lightest vehicle carrying a prescribed 100 kg payload, and, conversely, a heavy vehicle with a prescribed 18 ton total mass, carrying the heaviest possible payload.