多学科设计优化在非常规布局飞机总体设计中的应用

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaJ锄．252011V01．32No．1117．127ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：lOOO一6893(20儿)Ol—O“7一ll多学科设计优化在非常规布局飞机总体设计中的应用胡添元，余雄庆*南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏南京210016摘要：以飞翼布局飞机总体设计为例，展示如何将多学科设计优化(MT)())方法有效地应用于非常规布局飞

2、机总体设计。基于二级优化方法，提出一种飞机总体MD(，实施流程。该流程包括系统级优化、子系统级优化(或评估)和多学科模型生成器3个部分。系统级优化的任务是优化全局设计变量。使系统目标最优。子系统级优化涉及的学科包括气动、隐身、结构、总体布置、重量和性能。其任务是调整局部设计变量。满足本学科的设计要求。并使本学科目标最优，或对给定方案进行评估。多学科模型生成器的功能是根据飞机外形几何模型自动生成各学科分析模型，它是实现MD()流程自动化的一个关键环节。根据飞机MⅨ)实施流程，集成各学科的分析模型和优化模型。建立了飞机总体MD()计算环境。应用

3、算例表明：所提出的MD0实施流程能成功解决非常规布局色机总体设计r口J题。关键词：飞机总体设计；多学科设计优化；非常规布局；飞翼；气动；隐身；雷达散射截面；结构；性能中图分类号：V2ll文献标识码：A在传统的飞机总体设计中，通常根据经验公式或丁程估算方法来初步确定总体参数。例如，在总体初步设计阶段，一般采用丁程估算的方法来预测气动和重量特性。但对于非常规布局飞机，其总体设计面临的挑战是：没有或只有很少的同类型飞机数据可以借鉴，已有的气动和重量特性估算公式并不适用。因此，传统的设计方法难以应用于非常规布局飞机的总体设计，必须探索更有效的设计方

4、法。多学科设计优化(MultidisciplinaryDesign0ptimization，MD0)方法是近十几年来受到广泛关注的一种先进设计方法【1]。MDo方法与传统方法的主要区别是：①分析模型中采用各学科已发展成熟的数值分析方法，因此，分析模型不但可信度较高，而且较少依赖统计数据或经验公式，可用于非常规布局或新概念飞机的总体设计；②各学科不仅进行分析(或评估)，而且进行优化设计。自从MD0方法被学术界和丁业界认可后，人们就试图将这种方法应用于新型飞机的总体设计。例如，20世纪90年代后期，美国国家航空航天局(NASA)将MI)(J方法

5、应用于超声速民机的总体设计，开发了超声速民机MIX)系统HSC寸2

6、。欧洲研究人员以翼身融合(BWB)布局客机为研究对象，基于MD(J方法初步研制了一个面向BWB飞机总体设计的原型系统【3]。21世纪初，NASA为新一代可重复使用空间飞行器的概念设计研制了一个多学科协同设计环境【4]。另外，MD()方法还被广泛应用于机翼吲，支撑翼Ⅲ和联结裂71的初步设收稿日期：2010—05．14：退修日期：2010-06—02；录用日期：2010—07．06；网络出版时问：2010-”·1518：34网络出版地址：www．cn虹net／kcms／deta

7、il／111929V．20101115．1834．005．htmIDoI：CNKI．11．1929／V．20101115．1834．005基金项目：南京航李航天大学科研摹地创新创优基金(NJ2010006)*通讯作者．TeJ，：025—84892102E—majJ：yxq@舢aa，e由，∞硪用播武；胡添元．余雄夹j多学科设计优化在非常规布局飞机总体设计中的盛用￡JI．靛窀学摄．2811．32t1)：¨7—127．№Tl朝m∞．Yuxiongqing．Preliminarydesigllofunconventiona

8、co嘲j斟fat’ona

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11、onIJJ．AdaAeron-钏ticaetAstf∞auticas-nica。20¨．32‘

12、)：¨7．127．汁。目前．MD【)^眭已做以IⅡ为种面向复泉I。程采统的先进设汁片法⋯。虽然从坛理f：讲MD(J打法为新布局或新慨念飞机的总体设计提供了种冉艘方法．但将MIx)打法应HI于E机总体设计的寅施过程中迁面临许多翱ntI题‘。本文将MIx)方法应用于一种非常规布J．j(E骝牺局)E机总体设计．阐述应j日过群，}

13、关键问咂的解决打往．展爪MIx)方法枉E机总体设

14、计中的应朋吐稗．U的是为非常规市局E机总体设计提供一种先进的设计摸式和范倒。b舆布局飞机总体参数优化问题b目}总体没计和优化的前提足时E机外形进行磬数他描述．车节首先给小种雌喇E