基于可靠性的太阳能飞机多学科设计优化

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1、第44卷第4期2012年8月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．44NO．4Aug．2012基于可靠性的太阳能飞机多学科设计优化姜光泰祝明梁浩全武哲(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京，100191)摘要：针对太阳能飞机典型任务要求，建立了以总重最小为目标的多学科设计优化模型，考虑飞行性能、能量、重量3个学科的设计变量和相应约束条件。同时考虑设计变量的不确定性影响，将序列优化度可靠性评估方法引入到并行子空间优化过程中，顺序

2、执行可靠性分析和多学科设计优化以提高执行效率。在优化过程中应用响应面近似并不断提高模型精度．降低了计算成本。利用iSIGHT软件搭建求解平台，以欧洲太阳能飞机“HeliPlat”作为算倒．验证了分析模型的合理性和优化方法的有效性。基于可靠性的多学科设计优化框架有望用于更贴合工程实际的太阳能飞机设计。关键词t多学科设计优化；太阳能飞机；井行子空问优化；序列优化及可靠性评估中圈分类号：V221文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)04—0464—08t●ReliabilityBasedMultidiseipli

3、naryDesignOptimizationofSolarPoweredAircraftJiangGuangtai，ZhuMing，LiangHaoquan，WuZhe(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing，100191，China)Abstract：AmodelofmuhidlscipIinarydesignoptimization(MDO)isestablishedfor

4、thetypicalmissionrequirementsofsolarpoweredaircraft．Ittakesthetotalweightastheobjectiveofoptimization，consid—erlngthedesignvariablesandconstraintsdealtwiththreemainsubsystemsincludingflyingperfor—mance，energy，andweight．Consideringtheuncertaintyofdesignvariables，se

5、quentiaIoptimizationandreliabilityassessment(SORA)isintroducedtotheconcurrentsubspaceoptimization(CSSO)process．ThereliabilityanalysisandMDOareperformedsequentiallyinordertoimprovetheexecutionefficien—cy．Theresponsesurfaceapproximatemodelwithupdatingfunctionisusedt

6、oreducethecomputationalCOSt．ThesolvingarchitectureisconstructedwiththeiSIGHTsoftware．TakingtheEuropeansolarpoweredaircraft”HeliPlat"asanexample，therationalityoftheMDOmodelandtheeffectivenessoftheproposedmethodarevalidated．ThereliabilitybasedMDOframeworkcanbeapplie

7、dtopracticalengi—neeringsolarpoweredaircraftdesign．Keywords：multidisc．plinarydesignoptimization；solarpoweredaircraft；concurrentsubspaceoptimiza—tion；sequentialoptimizationandreliabilityassessment太阳能飞机是以太阳光辐射能为能源的电推进飞行器，具有巡航时间长、飞行高度高、成本低等特点，而且可以灵活执行多种任务，清洁无污染，因而受到了

8、广泛关注，并进行了大量的试验验证，但总体设计方法研究有限。现有的方法主要参考任务要求和统计数据得到总体参数的估值，然后针对关键的特征参数(如翼载、功重比等)进行迭代求解‘1。“，虽然可以得到可行解，但并不能保证最优，收稿日期；2011-07—31；修订日期：2011—11—10通讯作者：祝明，男，博士，