飞行器外形气动、隐身综合优化设计方法研究

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1、西北工业大学博士学位论文飞行器外形气动、隐身综合优化设计方法研究姓名：夏露申请学位级别：博士专业：飞行器设计指导教师：高正红20040201摘要飞行器外形气动、隐身综合优化设计是一个多学科多目标非线性系统，涉及多个学科的多项性能要求，对飞行器外形参数的取值要求常常是相互影响、相互矛盾的。所以，在进行综合设计时，必须将设计系统当作由多个学科组成的统一的整体来看待，需要充分协调飞行器的气动、隐身等性能的不同要求，需要考虑它们之间复杂的关系并进行综合和折衷。本文针对飞行器外形，研究对其进行气动、隐身综合优化设计的特点，将多学科设计优化技术与多目标优化方法相结合，应用于几类典型飞行器外形气动、

2、隐身综合设计。本文主要完成了以下几方面的工作：1、将多学科设计优化技术中的系统分解法引入到飞行器外形综合设计中，研究了基于Nash平衡的传统系统分解方法的优缺点，提出了针对解决传统系统分解方法问题的基于Pareto的系统分解方法。该方法在合理分解复杂系统的基础上，最终获得一组均匀分布的对应不同权重分配情况下的优化方案，为工程设计人员提供多种结果进行参考。2、建立了适用于飞行器外形气动、隐身综合设计的变可信度模型管理结构，使得在系统优化过程中，降低了目标特性的计算难度与计算量，保证了最终优化结果可以满足较高可信度的要求，提高了优化结果的可信性。由于该方法适合现代飞行器外形设计特点，可以满

3、足详细设计方案要求。3、针对具有代表性的飞行器布局特点，研究不同类型飞行器外形设计中的共性与特性，分别从构成飞行器外形的基本元素翼面类(翼平面形状和翼型剖面形状)、体类(机身外形)出发，建立了描述飞行器外形的参数化几何外形数学模型，并设计了几何控制参数与设计变量提取准则。4、为了提高优化效率，应用变可信度模型管理结构设计了变可信度气动优化管理模型与搜索算法，优化迭代中采用基于定常小扰动势流方程的格林函数法作为气动分析基础，同时将Euler方程数值解法作为高可信度模型。对RCS的数值计算，采用高频算法中较通用的物理光学法计算面元对雷达波的散射特性，同时结合等效电流法计入边缘绕射的影响。对

4、飞行器外形气动、隐身综合设计这样传统搜索算法难以解决的高度复杂的非线性问题，本文采用了智能优化算法一遗传算法，探讨了其优化机理和基本模型，并建立了适用于多目标优化问题的Pareto遗传算法。5．采用根据上述方法建立的优化设计系统，对无人作战飞行器、三翼面布局战斗机、大展弦比飞翼布局无人机等典型外形飞行器进行气动、隐身的综合优化设计，来考察该设计系统的适用性，检验优化前后气动、隐身性能的改善程度。关键词：气动、隐身综合优化设计，多学科设计优化，多目标优化，基于Parcto的系统分解方法，变可信度模型管理结构，Pareto遗传算法AbstractAerodynamicandstealths

5、ynthesisoptimizationdesignforaircraftconfigurationisamultidisciplinaryandmulti—objectivenonlinearsystem，whichinvolvesmultipleperformancerequirementsofmultipledisciplines。Thevaluerequirementsfortheaircraftconfigurationparametersareinteracfionalandconflicfive．So，duringtheprocessofsynthesisdesign，t

6、hedesignsystemshouldbetreatedasawholecomposedofmultipledisciplines，thecomplexrelationbetweenaerodynamicandstealthperformanceshouldbeconsidered，andthecollaborationandtradeoffforthedifferentperformancerequirementsareneed．111thisthesis，aimingataircraftconfiguration，thecharacteristicsofaerodynamican

7、dstealthsynthesisoptimizationdesignareresearched．Themulfidisciplinarydesignoptimization(MDO)andmulti—objectiveoptimization(MO)arecombinedandappliedtoaerodynamicandstealthsynthesisdesignforsomekindsoftypicalaircraftconfigurat