空间机动平台总体多学科设计优化技术研究

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1、学校代码10699分类号V421.1密级学号2012260352西北工业大学题目空间机动平台总体多学科设计优化技术研究作者吴小萌学科、专业航天工程指导教师龚春林申请学位日期2015年1月西北工业大学硕士学位论文（专业学位研究生）空间机动平台总体多学科设计优化技术研究作者：吴小萌学科专业：航天工程指导教师：龚春林2015年1月ThesisSubmittedfortheMasterDegreeofEngineeringInvestigationonMultidisciplinaryDesignOptim

2、izationTechnologiesforSpaceManeuverablePlatformCollegeofAstronauticsNorthwesternPolytechnicalUniversityXi’anP.R.CJanuary2015西北工业大学硕士学位论文摘要摘要空间机动平台是一种用于空间操作的新型航天器，具有机动能力强、承载灵活等特点。复杂的功能要求使得空间机动平台包含多个子系统，且诸子系统之间存在强烈的设计耦合，传统的串行设计方法难以满足这种复杂系统的设计要求。本文将一种解决复杂

3、系统耦合设计的有效手段—多学科设计优化（MultidisciplinaryDesignOptimization,MDO），引入到空间机动平台设计中，旨在通过研究相应的MDO建模和求解策略，为该类飞行器发展有效的总体设计方法。本文的研究内容主要分为学科模型建立、MDO求解策略研究、集成与求解技术研究三大部分，分别从建模、优化和求解三个方面对空间机动平台多学科设计优化问题进行探讨和研究。1)第一部分以在轨服务类空间机动平台为背景，研究满足飞行任务和设计要求的基准方案，建立空间机动平台总体优化问题。本文提

4、出单位质量产生的速度增量余量这一概念，将其作为多学科设计优化的目标函数。然后根据基准方案，探讨了空间机动平台学科模型建立过程，建立包括轨道、电源分系统、结构分系统、推进分系统、GNC分系统等多个学科的计算和分析模型，并结合学科间的输入输出接口建立空间机动平台总体设计结构矩阵。2)第二部分对空间机动平台MDO求解策略进行研究。分析和比较了MDO中典型的分解方法和求解构架，并根据模型特点进行选择和应用。首先利用基于邻接矩阵变换的DSM分解方法对学科模型进行分解，减少反馈耦合变量；然后采用MDF求解构架协

5、调变量传递关系，组织MDO过程。3)第三部分在以上工作基础上，研究空间机动平台MDO问题的集成和求解。以ISIGHT集成框架软件为工具，集成学科模型进行空间机动平台MDO问题求解，并比较不同相容性收敛标准对优化结果的影响，选择适合空间机动平台MDO问题的收敛标准。MDO优化后，总体方案的性能得到明显改善，证明了应用MDO方法进行空间机动平台总体设计的必要性和可行性。关键词：空间机动平台，多学科设计优化，学科模型，求解策略I西北工业大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTSpacemaneuv

6、erableplatformisanewtypeofspacecraftforspaceoperationswithhighmaneuvercapabilityandsmartpayloadcapability.Tosatisfytheneedofcomplexfunction,Spacemaneuverableplatformiscomposedofmultiplysubsystems,whichshowsaseriousinterdisciplinarycross-coupling.Tradit

7、ionalsequentialdesignmethodisdifficulttoobtainahighqualityoptimaldesign.MultidisciplinaryDesignOptimization(MDO)isaneffectivewaytoaddressinterdisciplinarycouplingandthecomplexdesignproblems.Therefore,thispaperpresentsaresearchoftheMDOmethod,aimsatdevel

8、opinganeffectivemethodfortheconceptualdesignofspacemaneuverableplatform.Thispapercanbedividedintothreeparts:modeling,optimizationprocedure,integrationandsolvingtechnology.Takingthespacemaneuverableplatformofon-orbitservingclassastheback