复合材料气动剪裁优化设计方法

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1、科技论坛:http://www.tech-domain.com70年代复合材料气动剪裁优化设计方法美国通用动力公司开发的机翼气动弹性综合优化设计程序(TSO)格鲁门公司开发的颤振和强度优化设计程序(FASTOP)80年代美国空军怀特实验室在1983年提出了开发自动化结构设计软件(AutomatedSTRucturalOptimizationSystem简称ASTROS)的计划ASTROS系统是一个基于有限元的，能够为飞行器结构初步设计提供辅助设计功能的大型结构综合优化设计软件系统。它的最大特点在于多学科综合性，和飞行器结构设计有关的各个学科知识都可以被

2、集成到这个系统中，比如结构的强度、刚度、稳定性、结构振动的频率、模态、气动弹性的颤振、发散、操纵效率等。在系统的统一控制下，结构设计可以同时考虑这些学科知识的设计要求，实现结构整体最优设计。经过十多年的发展，目前ASTROS已经成为美国航空宇航工业和科研院所进行结构综合优化设计和研究的标准程序洲90年代美国学者在对复合材料气动弹性研究的基础上，提出了主动气动弹性机翼的概念(ActiveAeroelasticWing简称AAW)，试图利用复合材料结构的柔性，加入主动控制技术。美国学者提出了多学科设计优化(MultidisciplinaryDesignOp

3、timization简称MDO)思想，利用诸如遗传算法、神经网络和响应面法等非线性数值优化方法，开展了基于飞行器系统工程的设计优化，形成了诸如基于并行子空间的优化算法、并行子空间设计、协作优化算法等多学科设计优化方法，并将多学科设计优化方法应用于FIA-18和F-16战斗机的分系统设计。以FIA-18战斗机为基础，采用多学科设计优化技术重新设计机翼，在性能不变的条件下，结构重量只有原来的52%，扭转刚度可以降低40%。把多学科设计优化技术技术用于F-16战斗机机翼设计时，机翼外段刚度可降低25%，结构重量可降低20%，在高动压情况下，控制效能提高了10

4、%。2001年美国NASA提出了“变形飞机”设计概念。“变形飞机”是通过应用智能结构材料的传感器和作动装置，光滑而持续地改变机翼形状，对不断改变的飞行条件作出响应“变形飞机’，概念使得机翼不再是传统意义上的一个结构，而是一个在主动控制技术控制下的机构，因此它的分析方法将会更加复杂，和“变形飞机”相关的主动控制技术，大挠度柔性结构分析技术，智能材料结构设计技术、主动流场控制技术等新技术也将成为21世纪航空航天飞行器发展的关键技术。国内相关著名学者和其相关著作夏人伟教授，黄海教授从工程应用角度提出了基于包络函数和二级近似概念的优化算法。王光远教授基于模糊优

5、化理论提出了工程结构系统软设计理论。陆金桂教授提出了基于遗传算法的结构优化设计方法。余雄庆教授在MDO方面的研究工作促进了MDO方法在国内的发展。戴全辉用模糊遗传优化方法对巡航导弹的隐身与气动综合优化进行了研究。未来优化内容的扩展飞机结构综合优化设计内容不仅要包含传统的结构、气动等设计内容，同时它还需要能和其它系统的分析方法相兼容，从整体上实现飞机结构的综合优化设计。结构综合优化设计软件系统介绍美国空军怀特实验室倡导发展的:.TSO一通用动力公司;.FASTOP一格鲁门公司;.ASTROS-诺斯罗普公司。.MSCINASTRAN-MSC公司.著名航空工

6、业公司自行发展使用的:.ELFINI一法国达索公司;.LAGRANGE-MBB公司;.ADOP一美国麦道公司:.SAFDOP一中国沈阳飞机设计研究所。中国CAE倡导发展的：.YIDOYU一中国飞机强度研究所，成都飞机设计研究所，西安飞机设计研究所等;.COMPASS一中国飞机强度研究所，成都飞机设计研究所，沈阳飞机设计研究所等ASTROS系统介绍：目前综合优化设计技术存在的不足1，飞机结构布局自动化设计技术尚不成熟2，气动数值分析方法需要进一步改进3，非线性系统分析方法需要进一步研究4，对复杂系统的优化算法需要进一步丰富遗传算法的发展现状目前以遗传算法

7、为代表的进化算法在求解复杂问题的优化设计上表现出很强的适应能力，并在工程设计中得到了广泛应用。美国学者Anderson利用遗传算法开展了飞行器弹翼气动特性与结构的综合优化设计的研究。Kroo等利用基于遗传算法的多学科设计优化方法开展了超声速导弹的气动与结构的综合设计优化。但是由于遗传算法计算量大，计算收敛慢，计算效率相对比较低，如何发挥遗传算法的适应性强的特点，降低计算效率上的不足是遗传算法在飞机结构综合优化设计上取得成功的关键。在国内，西南交通大学的孔祥安也在有限元模型的封装和数据模型的构造方面，做出了很多工作，并且促进了这种设计方法国内的发展。La

8、nczos方法是目前被认为求解大型特征值问题的最有效方法。未来结构优化的发展点MSC.Flig