靈敏度協(xié)調(diào)優(yōu)化方法及在飛機族結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應用.pdf

1、隨著全球市場經(jīng)濟的發(fā)展，航空領域的競爭不斷加劇。飛機族不僅能縮短飛機的研制周期，還能降低生命周期成本，在航空領域逐漸引起廣泛的關注。目前的飛機設計理論和方法仍主要針對單一型號的飛機設計，因此迫切需要發(fā)展飛機族設計的相關理論和方法。
　　多學科設計優(yōu)化(Multidisciplinary Design Optimization，MDO)方法通過充分探索和利用系統(tǒng)中相互作用的協(xié)同機制來設計復雜系統(tǒng)，在航空航天領域得到了廣泛的應用。本文

2、將借鑒MDO領域中的基本思想和經(jīng)驗技術，研究與飛機族結(jié)構(gòu)設計問題相適應的方法。圍繞這個核心，本文主要完成了以下工作：
　　1.介紹了飛機族的概念，明確了其分類標準，并介紹了不同類型飛機族的應用現(xiàn)狀、意義以及設計過程中面臨的問題。
　　2.研究并綜述了產(chǎn)品族的優(yōu)化方法。提煉了產(chǎn)品族優(yōu)化問題的數(shù)學模型，對文獻中相關的產(chǎn)品族優(yōu)化方法進行了較全面的介紹和分析，詳細描述了不同優(yōu)化方法的算法結(jié)構(gòu)和發(fā)展過程，為提出新的方法起到指導和鋪墊作

3、用。
　　3.提出了靈敏度協(xié)調(diào)優(yōu)化方法(Sensitivity-based Coordination Method，SCM)，并研究了最優(yōu)靈敏度分析在SCM方法中的應用。與典型MDO方法相比，SCM方法的創(chuàng)新之處在于系統(tǒng)級在利用靈敏度信息的基礎上對共享變量進行協(xié)調(diào)，使性能損失和約束違反最小。子系統(tǒng)級的優(yōu)化目標由全局目標和罰函數(shù)組成，罰函數(shù)可采用二次罰函數(shù)或廣義拉格朗日罰函數(shù)。與常規(guī)靈敏度相比，最優(yōu)靈敏度包含更多的信息，可提高系統(tǒng)級

4、協(xié)調(diào)的效率。研究了如何基于一階和二階信息進行最優(yōu)靈敏度分析，并分別應用到了SCM方法中。
　　4.采用了兩個典型數(shù)值算例對SCM方法進行測試，并與協(xié)同方法(CO)和分級目標傳遞法(ATC)進行對比。ATC和SCM方法中的罰函數(shù)都分別采用了二次罰函數(shù)和廣義拉格朗日罰函數(shù)；SCM方法中的靈敏度分別采用了常規(guī)靈敏度和最優(yōu)靈敏度。結(jié)果表明，與CO和ATC方法相比，SCM方法的計算效率較高，優(yōu)化的結(jié)果更好，對初始點也更加穩(wěn)定。對于罰函數(shù)形式

5、，結(jié)果表明在ATC和SCM方法中采用廣義拉格朗日罰函數(shù)都能提高優(yōu)化效率，改善優(yōu)化結(jié)果。對于靈敏度形式，結(jié)果表明在SCM方法中采用最優(yōu)靈敏度能在一定程度上提高優(yōu)化效率，改善優(yōu)化結(jié)果和對初始點的穩(wěn)定性。
　　5.結(jié)合飛機族結(jié)構(gòu)設計在實際情況下的應用場景，提出了兩個結(jié)構(gòu)優(yōu)化算例，一是模塊化無人機族的機翼結(jié)構(gòu)設計，二是飛機族的前起落架加強框結(jié)構(gòu)設計。采用SCM方法完成了這兩個算例，進一步驗證了SCM方法的有效性和高效性。
　　本文的