高超声速翼型气动特性设计与研究

具有更宽速度域的优良的气动特性已经成为高超声速飞行器发展的必然趋势。因此,对于现代高超声速飞行器翼型的设计,需考虑宽速度域范围内的气动特性。采用基于RANS的CFD数值计算方法,开展了高超声速翼型的气动特性设计与研究,设计了两种具有更加优良的低速、跨声速气动特性的高超声速翼型。对这两种翼型进行了综合评估,并与基准翼型的气动力特性进行对比分析。研究结果表明,第一种优化翼型在跨声速状态下的升阻比达到97. 40,第二种优化翼型在低速状态下的最大升力达到0. 719,相比于基准翼型,两种优化翼型在低速和跨声速下的气动特性得到提高。     

基于多学科设计优化技术的导弹方案设计

多学科设计优化技术当前主要作为传统设计过程的补充,存在较大的局限性.为此,在导弹方案设计全过程引入了多学科并行设计思想,建立了包含两阶段的多学科设计优化流程,在多学科设计阶段形成基准方案,在多学科优化阶段完成基准方案的可行化与最佳化.建立了支持两个设计阶段的五种模型,并分析了基于这些模型描述多学科设计和多学科优化问题的方法.根据所研究的设计流程和建模方法,提出了建立四层体系结构的总体设计软件框架的思想.最后,在Visual C++开发环境下,开发了面向导弹总体设计的多学科设计优化原型系统.     

某火炮协调器多学科一体化设计优化

为了解决传统火炮优化设计中单学科建模分析的不足,采用多学科一体化设计优化方法对某火炮协调器系统进行了研究。通过对电气控制、液压、机械三个学科及学科间耦合关系的分析,建立了协调器结构控制一体化分析模型,结合多目标进化算法,对建立的一体化分析模型进行了设计优化研究。与原设计相比,优化后的设计使系统拥有更优的综合性能。     

高超声速飞行器的反步滑模神经网络控制系统

针对高超声速飞行器一体化气动布局导致弹性机体与推进系统间的强耦合性,以及跨大空域及高速飞行过程中导致气动特性存在强非线性、不确定性和明显的时变特性,提出一种基于小脑神经网络的高超声速飞行器反步滑模控制策略。首先建立高超声速飞行器纵向非线性数学模型,并采用输入-输出反馈线性化方法,解除多变量之间的耦合关系;然后设计基于反步法的滑模变结构控制器解决系统非匹配不确定性难题;同时为弥补反步滑模控制器鲁棒性不足缺点,利用自回归小脑神经网络(RCMAC)的在线非线性逼近、自学习能力和相应控制结构,设计基于RCMAC的反步滑模控制器。仿真试验结果表明,该方法下高超声速飞行器纵向的高度控制精度可达到0.5m,速度控制精度为0.1m/s,可以保证闭环系统全局稳定,且拥有良好的跟踪性能和鲁棒性能。     

基于区间不确定性的多学科过程分解方法

为了减少基于区间不确定性的多学科设计优化的计算成本,提出了一种面向多学科设计优化的分解方法。建立考虑同一学科多次执行的耗时差异性的过程分解优化模型;基于对学科间的耦合度和各学科复杂度的定义,构造耦合强度设计结构矩阵和学科计算成本矩阵,以评价系统的耦合强度和计算成本;进而构建基于遗传算法的寻求整体计算成本最小分解方案的流程;以飞行器的不确定性多学科设计优化为算例对上述方法进行了验证。通过四个分解方案的对比,说明该方法能够显著减少整体计算成本,且更具普遍性和易操作性。     

基于iSIGHT的多学科优化方法研究

多学科协同建模、仿真、优化是提高复杂产品设计质量的有效途径之一,针对在机构设计中过度考虑安全因素,导致材料浪费的问题,研究了在iSIGHT多学科优化平台上利用CAD／CAE学科软件搭建的装载机执行机构的多柔体虚拟样机模型。介绍了面向模型的多领域协同仿真技术及基于系统过程集成和命令文件解析的建模技术。应用多学科变量耦合优化算法有效地解决了子系统之间的耦合和并行优化设计。从结果分析中可以看出,用该方法有效地实现了装载机执行机构的轻量化设计。     

一种面向复杂系统的多学科设计优化方法

目前复杂系统多学科设计优化的工作主要集中在结构设计或设计过程的某个阶段,较少从整体角度对多学科设计优化过程进行研究。文中在前人系统分解研究的基础上,提出了一种基于学科分解的多学科设计优化方法,并建立了具体实现该方法的框架和应用流程。借助多学科设计优化领域主流分析软件Isight为优化平台,通过批处理命令调用各学科专业软件循环运行实现多学科综合设计,利用数据挖掘寻找整体最优解在应用层面实现了复杂系统整体优化设计。最后以某T形波导连接器隔板位置和形状优化设计为例,展示了该优化方法的应用过程和实效性。     

面向多学科设计优化的模型生成器

多学科模型生成器是复杂产品多学科设计优化的关键问题之一。综合应用CATIA二次开发技术、网格生成软件Gridgen的脚本语言和Patran的二次开发语言,研究了一种多学科模型生成器。该模型生成器基于一个统一的三维CAD模型,可以自动生成各学科的分析模型。首先阐述编制多学科模型生成器的关键技术,然后以一个飞翼布局飞行器作为应用对象,详细阐述多学科模型生成器的编制过程。研究表明该多学科模型生成器能自动生成气动、隐身和结构分析模型,实现了从CAD模型到气动、隐身和结构分析模型的无缝连接,解决了飞翼布局飞行器总体多学科设计优化中的一个关键问题。     

[设计与优化]基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软件ANSYS验证了受电弓优化结果的有效性。结果表明：受电弓多学科协同设计优化不仅满足系统级和各个学科的设计要求,还获得高速受电弓系统的整体最优解或满意解,提高了受电弓的工作性能,降低了弓网接触力的波动,改善了弓网受流质量。     

基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软件ANSYS验证了受电弓优化结果的有效性。结果表明:受电弓多学科协同设计优化不仅满足系统级和各个学科的设计要求,还获得高速受电弓系统的整体最优解或满意解,提高了受电弓的工作性能,降低了弓网接触力的波动,改善了弓网受流质量。     

汽车车身的多学科优化设计(MDO)研究

多学科优化设计 (MDO)为机械结构件结构优化提供了一条更为系统、精确的方法。本文主要讨论和研究了汽车车身MDO中的一些关键技术问题 ,并以轻型货车EQ10 6 0F驾驶室车身为例 ,对其进行了多学科结构优化设计 ,为汽车车身的设计提供了一条新的设计思路     

卫星总体多学科设计优化过程分析

多学科设计优化方法是实现卫星设计“快、好、省”目标的有效手段,但在实际应用中存在较大困难。根据多学科设计优化方法中多学科设计、多学科分析和多学科优化问题的分解思路,分析了多学科设计优化方法应用于卫星总体设计存在的现实困难和工程实践中必须考虑的设计因素;通过对卫星总体设计过程的分解与分析,提出了多学科设计优化方法与卫星总体设计流程相融合的技术途径,为进一步构建面向卫星总体设计的分布式协同软件框架提供了参考。     

基于粒子群优化和协同优化的多学科设计优化研究

协同优化是进行多学科设计优化的有效方法之一。本文将粒子群优化算法应用于协同优化,通过对系统级优化等式约束条件进行转换,克服了协同优化自身内部的计算缺陷,有效解决了当原始系统优化问题不满足Kuhn-Tucker条件时导致的计算困难,最后以数值计算和减速器设计为例进行了验证。结果表明本文提出的方法是有效的,同时也为将新型算法应用于多学科设计优化问题提供了参考。     

复杂机械产品虚拟样机多学科设计优化研究

为了以尽可能高的效率求得复杂机械产品虚拟样机尽可能优的设计方案，提出了一种将多学科设计优化方法与计算机仿真分析相结合的虚拟样机优化设计模式。通过将多学科设计优化方法应用于虚拟样机的并行设计过程，构建了虚拟样机的多学科设计优化集成平台，由多学科优化来驱动设计分析进程，形成虚拟样机集成的闭环自动迭代优化设计过程。针对汽车设计，给出了虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程，同时利用虚拟样机的动态特性显示，直观地表现出复杂产品多学科设计优化过程中设计方案的变化。     

汽车乘员舱安全性与舒适性多学科设计优化

概念设计阶段汽车乘员舱的安全性和舒适性设计是关键任务,两者具有耦合效应,将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中实现两个学科的并行设计。针对某款车的乘员舱布置,在该车100%正面碰撞试验基础上,通过乘员损伤分析软件建立该车的正面碰撞乘员约束系统模型并对模型进行验证用于评估其安全性;同时也基于关节强度的概念建立乘员舒适性模型。将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中,避免了传统设计方法对安全性和舒适性的单独优化,实现了两个学科的并行设计,缩短了开发周期,最大化了乘员舱的整体性能。为提高计算效率,通过试验设计构建乘员约束系统的Kriging近似模型用于代替仿真模型。结果表明,该方法在较好地满足乘员安全性的同时提高了乘员的乘坐舒适性,在乘员舱布置方面具有较强的工程实用性。     

基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化研究

汽车车身设计是一项复杂的系统工程，针对设计涉及多个学科专业领域的特点，提出了基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化方法。基于Agent的MDO方法是一种很有潜力的MDO方法，这种方法具有如下特点：流程简单，各个学科组可自主地、并行地进行设计优化，没有系统级协调优化环节。实例研究表明，基于Agent模型的多学科设计优化方法对于解决复杂系统问题有很好的应用前景。     

基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略探讨

现代飞行器设计优化中广泛应用高精度分析模型以提高设计可信度与综合性能,但是也带来了计算复杂性问题。为了有效缓解计算耗时的问题,基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略成为研究热点。近似优化策略通过构造合理的近似模型引导优化过程快速收敛到最优解,从而达到降低计算成本,缩短设计周期的目的。根据广泛的文献调研,对飞行器近似优化策略的发展现状进行详细探讨。给出近似优化策略的定义、求解流程、特点以及关键技术。对计算试验设计方法、代理模型方法、精度校验与代理模型选择方法等技术进行综述。围绕静态与自适应两类近似优化策略,重点讨论典型的代理模型管理与更新策略与收敛准则。针对飞行器多学科设计优化问题,探讨近似优化策略与分解策略在求解效率与收敛性方面的技术特点。通过数值算例对各项关键技术的特点进行较详尽的对比分析与总结,并依托飞行器设计优化工程实例对近似优化策略的综合性能进行探讨,指出不同近似优化策略的适用范围。研究结果表明,飞行器近似优化策略在优化效率、全局收敛性以及鲁棒性等方面体现出较显著的优势,具有良好的工程应用前景。指出飞行器近似优化策略的未来研究方向。     

基于Agent模型的多学科设计优化方法

复杂工程系统的设计往往涉及多门学科 ,多学科设计优化 (MDO)方法是一类求解复杂系统设计优化问题的方法。本文首先简要回顾现有 MDO方法的特点 ,然后基于 Agent模型提出了一种新的多学科设计优化方法——子空间自主式优化方法。这种方法具有如下特点 :流程简单 ;各个学科组可自主地、并行地进行设计和优化 ;灵活性强 ;所需系统分析的计算次数少 ;没有系统级协调优化环节。为了验证这种算法的有效性 ,对二个典型算例进行了数值实验。初步的数值实验结果表明 ,二个典型的算例经过几次迭代后均能收敛于最优解。子空间自主式方法是一种较有潜力的 MDO方法 ,值得进一步研究     

基于FORM的齿轮传动多学科优化设计

通常多学科设计优化是一种确定性设计方法,未考虑不确定性因素的影响。为降低多学科设计优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将一次可靠性方法与协同优化方法相结合,应用到多学科设计优化中。建立基于一次可靠性方法的协同优化的数学模型,并阐述其求解流程,该方法可用于多学科设计优化领域的可靠性设计问题。分别运用协同优化方法和基于一次可靠性方法的协同优化实现了减速器齿轮传动的多学科优化设计,在这两种方法的系统级优化中,引入松弛变量,将一致性等式约束转化为不等式约束,使算法易于收敛。优化结果表明基于一次可靠性方法的协同优化方法求得的最优解使得约束条件满足了可靠性要求,提高了系统的可靠性,具有实际工程意义。