飞机外形参数的气动与隐身综合优化设计

以气动力及雷达散射截面参数为目标函数 ,主要优化对总体外形和飞机性能影响较大的机翼、尾翼的平面形状几何参数以及少数几个机身几何参数 ;根据第 4代战斗机的设计要求 ,确定各个目标的理想值、最低可接受值 ,以及各个约束的满足区间 ,应用模糊优化理论 ,建立各个目标的满意度函数及各个约束条件的满足度函数 ,并使用多目标总满意度函数和常权、变权的不同组合 ,建立了 5种外形参数模糊优化模型 ,使设计人员可以根据不同的设计思想和设计目的选择优化模型与翼面形状的组合 .

基于粒子群算法的飞机总体参数优化

现有的飞机总体参数优化方法在效率和适应性上存在不足。考虑到粒子群算法是一种基于群智能方法的演化计算技术,它对不同复杂约束条件下的多目标优化问题较常规方法更具简便性和适用性。因此,提出了使用非数值计算的粒子群算法来改进飞机总体参数优化效率。详细研究了粒子群算法在飞机总体参数优化上的应用方法,并着重于3个方面:①以航程、商载和起降距离为优化目标的粒子群算法构建;②粒子群算法中因子的自适应修正方法;③基于粒子群算法的飞机总体参数优化流程。计算结果与文献结果相比具有较好的一致性和合理性,所提出的方法可有效地应用于飞机总体参数优化。

基于物理规划的弹道多目标优化

针对加权系数法求解弹道多目标优化问题时不能获取非凸Pareto非劣解,并且主观依赖性严重,难以选取合适的权值的问题,将物理规划引入弹道多目标优化中,建立了基于物理规划的弹道多目标优化模型,详细分析了基于物理规划的弹道多目标优化方法的求解流程,指出了该方法的优点.最后分别采用加权系数法、最优控制方法以及本文所提方法进行拉平段弹道多目标优化.优化结果对比研究表明,物理规划法效率更高,结果更好,对初值不敏感,鲁棒性更强,并且有利于获得非凸Pareto非劣解,从而体现了所提方法较强的工程实用价值.

飞行器总体设计中主要参数的神经网络估算

运用近年来迅速发展的神经网络技术，成功构造了飞行器总体设计过程中具有重要作用的总体质量估算网，升力系数估算网，以及阻力系数估算网，结果表明训练后的参数估算网比通常使用的近似估计公式具有更高的精度．同时，根据所涉及问题的数据特点，为了提高对网络的训练精度，对现有ＭＢＰ 算法作了进一步改进，仿真结果证明改进的ＭＢＰ 算法具有更高的训练效率．这一思路和方法可适用于机械及航空航天其它产品的总体概念设计过程．

利用协同优化方法实现复杂系统分解并行设计优化

介绍了应用于航空航天领域内复杂系统设计的协同优化算法,并针对现有协同优化算法中系统级协调算法计算量大且易发散等缺点,分析了协同优化系统级协调算法的几何意义,提出了一个新的概念:子问题间不一致信息,并在此基础上构建了一种新的系统级协调算法:动态松弛算法,相对于现有系统级协调算法,动态松弛算法的计算量更小,鲁棒性更好。用本文提出的动态松弛算法实现了一齿轮减速箱的齿和轴的并行设计,计算结果表明了本算法的有效性。

机动飞机／发动机设计参数的一体化选择

发展了一种机动飞机／发动机设计参数的一体化选择方法和软件。根据机动飞机的飞行任务要求，确定设计目标和约束，其中包括飞机性能约束和发动机部件设计约束，并以此对飞机的主要设计参数和发动机循环参数进行一体化优选。该软件由飞机几何、飞机质量、飞机气动性能、发动机非安装和安装性能、发动机质量和外廓尺寸、飞机性能、优化等模块组成。此软件已应用于已有机动飞机／发动机的改型方案论证和未来高机动飞机／发动机方案的分析研究，本文给出部分计算实例。使用此软件的经验表明，计算结果合理，计算精度和所需时间适合于飞机／发动机系统方案论证和初步设计。

可行方向SUMT外点法的研究及应用

针对序列无约束极小化技术(sequential unconstrained minimization technology,SUMT)外点法中由于设计变量越界而导致优化失败的问题,分析了设计变量越界的原因,将SUMT外点法和可行方向法相结合,提出了一种可行方向SUMT(feasible direction SUMT,FD-SUMT)外点法。用可行方向法的思想处理设计变量的约束,将搜索空间限定在设计变量可行域内。与传统的SUMT外点法相比,该方法除实现简单外,更具有鲁棒性高、收敛快等优点。通过数值算例和工程应用实例验证了FD-SUMT外点法的性能。优化结果表明,该方法消除了设计变量越界的情况,收敛速度和鲁棒性明显高于传统的SUMT外点法,而且初值选取容易,具有工程实用性。

垂直起降固定翼无人机串联混电系统优化设计

针对垂直起降固定翼无人机的动力需求特点,提出了一种专用于该类无人机的串联混电系统(S-HES)优化设计方法。首先,建立了旋翼、固定翼及转换模式下的垂直起降固定翼无人机的功率需求模型和基于串联混电系统功率传递路径的混电功率解算方程,给出了计及功率约束、能量约束及电池充电的电池质量解算方法,并在大量统计数据的基础上建立了其他混电部件质量解算方程。其次,使用威兰氏线法建立了考虑发动机工作点变化的燃油消耗模型。使用柯西变异粒子群算法基于各物理数学模型在飞行剖面内的各个飞行阶段展开混电控制参数优化,从而完成垂直起降固定翼无人机的顶层设计要求向串联混电系统最佳供电策略、设计功率及质量分配方案的转化。在城市货运和山区货运2种应用场景下对所提方法进行了验证。最后,分析了优化设计结果对于不同飞行阶段性能要求的敏感性。研究结果表明:所提方法可较好地捕捉垂直起降固定翼无人机任务剖面的调整及各飞行阶段的性能要求变化对串联混电系统优化设计结果的显著影响,对垂直起降固定翼无人机的各类应用场景均具有较好的适应性。

飞机方案多目标优化的Pareto遗传算法

基于多目标优化问题Pareto最优解的概念 ,提出了一种求解非劣解集的多目标遗传算法 ,重点讨论了算法实现中非劣解集的筛选和适应度的计算 .将该算法应用于假想的干线客机方案优化设计 ,要求巡航段升阻比和有用载荷系数两个目标最大 ,对优化结果进行了分析比较 .研究结果显示出MOGA(Multi ObjectiveGe neticAlgorithms)

基于序列响应面方法的协同优化算法

分析了响应面协同优化的计算结构 ,指出影响计算结果准确度的因素 ,即计算过程中存在选择响应面样本点及响应面更新的问题 ,这是两个相互耦合的问题。分析了产生这个问题的原因并提出了一种将修正的置信域方法与中心组合设计相结合的序列响应面算法 ,系统地解决了这个问题。仿真算例表明由该算法得到的结果有很高的精度与鲁棒性 。

基于全局敏度方程方法的飞机方案优化设计

针对飞机方案分析模块之间存在耦合关系，从而使方案分析需要迭代求解这一特点，采用全局敏度方程方法计算参数之间的敏度，以克服差分方法所带来的高费用和不精确问题。该方法本身具有递归和并行特点，使得其与数值优化方法结合起来特别适合于像飞机这类复杂的内部耦合系统的优化。给出了该方法与约束变尺度法结合，用于某假想的喷气教练机方案优化的简单算例以及用于某４座公务机方案优化的实例。

基于变权的飞机外形参数模糊优化

根据汪培庄提出的变权思想及其给出的一组变权公式,分析了变权与变权综合函数的一些性质及变权和常权的异同,最后将变权应用于飞机外形参数的气动力与隐身一体化模糊优化设计。

粒子群优化算法及其在结构优化设计中的应用

介绍了粒子群优化算法的原理和实现方法,分析了该算法的主要参数对搜索方向的影响。将粒子群优化算 法与遗传算法在优化过程和搜索技术方面进行了对比。利用粒子群优化算法与遗传算法分别对测试函数和桁架结 构优化设计问题进行求解,将两种算法的计算结果进行了对比。计算结果表明在满足相同的计算精度的前提下,粒 子群优化算法的效率更高,利用粒子群优化算法可求解机翼结构优化设计问题,因此,粒子群算法是一种有效的优 化方法,适用于大型复杂结构优化设计。

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.

改进的Pareto多目标协同优化策略

为了提高标准协同优化的收敛性并扩展其多目标优化能力,将Pareto多目标遗传算法用于协同优化的系统级优化,提出了一种改进的Pareto多目标协同优化策略(enhanced collaborative optimization using Pare-to multi-objective genetic algorithm,ECO-PMGA)。为了保证非劣解集的Pareto最优性与均布性,提出了一种考虑拥挤度的非劣解逐级排序方法。ECO-PMGA采用2-范数形式的学科间一致性约束以提高学科级优化的效率。通过两个典型的优化算例对ECO-PMGA的数值稳定性与搜索Pareto非劣解集的能力进行了检验。研究结果表明,ECO-PMGA的收敛性与数值稳定性得以显著提高,而且ECO-PMGA具有良好的Pareto多目标优化能力。因此,ECO-PMGA在复杂耦合系统的多目标优化设计方面具有较高的实用价值。

中型无人机飞行包线研究

由于现有国内外无人机标准均参考有人机适航规章与标准制定,飞行包线中载荷因数规定得相对保守,直接造成机体结构设计偏重。本文对比研究国军标无人机强度刚度规范GJB 5435—2005与北约无人机系统适航性要求NATO STANGA 4671中的飞行包线计算方法,采用离散突风模型与连续湍流模型计算飞机突风载荷因数,同时结合美国联邦航空局(FAA)通用飞机法向加速度数据分析与收集项目DOT/FAA/CT-91/20发布的飞行载荷因数实测数据,对现有标准中的中型无人机飞行包线进行合理裁剪,裁剪后的飞行包线可有效降低机翼载荷,进一步促进飞机结构减重。

基于改进粒子群算法飞机总体方案优化设计方法

针对飞机总体方案参数设计中参数众多且之间存在耦合关系,传统的数值求解方法效率低,难以获取全局最优解,提出基于粒子群算法和埃特金迭代数值算法相结合的飞机总体方案设计优化方法。首先,以某大型飞机的改型方案设计为研究对象,在建立数值模型的基础上,提出将方案设计中的设计参数作为决策变量,将设计目标转化为优化目标和约束条件,建立多约束带惩罚因子的优化模型;然后,基于粒子群算法结合埃特金迭代数值算法进行概念设计方案自动寻优,同时通过改进粒子群算法的惯性权重和加速因子,提高算法性能。实例仿真结果表明,该方法不仅能在复杂非线性系统中全局寻优,而且具有快速收敛的优点,能实现飞机总体方案的优化。研究结果可为其他领域的总体方案优化设计提供参考。

模糊优化在飞机总体设计中的应用

采用线性函数建立了飞机气动力与隐身一体化设计优化目标的满意度函数和约束的满足度函数,用综合加权法建立了多个目标的总满意度函数,研究了机翼平面外形参数和翼身融合参数的气动力/ 隐身一体化模糊优化设计,并与常规优化方法进行了对比;采用罚函数将约束优化转化为无约束优化。

飞机多学科设计中的协同优化算法

讨论了基于响应面的协同优化算法 ,该方法通过分解、协调的方式解决飞机设计中多个学科的耦合以及数据量大和数据关系复杂的问题。而响应面的引入又使协同优化的计算收敛速度更快 ,可靠性更高。同时还着重研究了减少响应面构造过程中所需的分析次数的方法 ,并给出了一个远程无人机的例子 ,通过协同优化算法进行总体参数优化设计。

关于减小油耗的飞机总体方案优化设计研究

油耗是衡量飞机经济性的最重要指标之一。根据Breguet航程公式分析降低飞机油耗的主要途径,并以某飞机的总体方案设计为工程背景,在总体布局变动不大的前提下,有针对性地研究巡航速度、巡航高度、机翼展弦比对飞机轮挡油耗与最大起飞重量的影响;根据研究结果对基本方案进行总体布局优化与方案衍变,分析方案衍变中轮挡油耗、使用空重以及最大起飞重量的变化情况。结果表明:在相同设计航程内,优化方案的轮挡油耗降低3.92%,最大起飞重量减少100kg。