飞翼无人机结构布局分级优化研究.pdf

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1、第43卷第4期2013年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．4Jul．2013飞翼无人机结构布局分级优化研究邹耀斌1，马晓平2(1．西北工业大学航空学院，陕西西安710072；2．西北工业大学无人机研究所，陕西西安710072)摘要：针对传统结构设计中依据经验对机翼构件布局设计容易导致结构刚度偏大、重量偏大的问题，采用分离设计变量的方法，分别对机翼构件的尺寸和位置变量，采用改进的可行性方向法和Hook-Jeeves方法进行优化，将尺寸非线性

2、优化嵌入到无约束位置优化中，以结构的刚度、位移、扭转和强度为约束条件，对布局进行调整。采用多学科框架软件对整个优化过程进行集成，将机翼结构重量作为目标函数，分级对位置和尺寸优化，充分考虑耦合位置和尺寸变量间的相互影响关系。循环迭代。直至得到结构重量的最优值。采用方法对某型飞翼无人机的机翼结构进行优化，结果合理，具有一定的工程应用价值。关键词：飞翼无人机；优化；分离设计变量；Hook·J∞ves方法中图分类号：V279文献标识码：A文章编号：1671．654X(2013)04．0083．03Stud

3、yofFlying-wingUAVWingStructuralLayoutBasedonHierarchicalOptimizationZOUYao—binl，MAXiao—pin92(1．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，泓’an710072，China；2．UAVResearchandDevelopmentCenter，NorthwestemPolytechnicalUniversity，X／’an710072，Ch

4、ina)Abstract：Inviewofthestructurestiffnessandweightproblemsintraditionalstructuredesign，ahierar-chiealoptimizationmethodisproposedtominimizetheweightofaflying—wingUAVwingbyclassificationofthedesignvariable．Constrainsofstructurestiffness，displacement，t

5、orqueandstrengtharetakenintoaccount．ThemodifiedfeasibledirectionmethodisappliedtoelementsizeandtheHook—Jeevesmethodisappliedtothelocationofbeams．Thewholeoptimizationprocessisintegratedinmultidisciplinaryoptimi—zationframeworksoftware．Itisprovedthatith

6、ascertainengineeringapplicationvalueinstructuralopti-mizationofaflying—wingUAV．Keywords：flying··wingUAV；optimization；classificationofdesignvariables；Hook．-Jeevesmethod引言机翼是飞机的重要组成部件，而对飞翼布局无人机来说，机翼是整架飞机最重要的部件，因此，机翼结构的设计对飞翼布局有至关重要的作用。飞机结构设计最主要的要求是所设计的结构

7、在规定的载荷作用下，既能满足结构完整性要求，并有足够的可靠性和寿命，又要具有尽可能小的结构重量及低的成本，但这两方面的要求一般是矛盾的。通常需要对结构参数进行调整、修改，主要由设计人员凭直观判断、调整，人为因素很大，很难取得满意的结果。而现有的工程优化应用主要集中在构件的截面尺寸上，对布局优化尚不成熟【lJ。本文针对这个问题，建立一种有工程实用价值的方法，使无人机的刚度强度等约束达到要求的同时使重量尽可能地降低。文献[2]中使用了网格法，使得整个优化模型建立在有限元模型的基础上，该方法具有简单实用

8、的优点，但过多地依赖于网格，缺乏灵活性。文献[3]中把尺寸优化的输出和均匀实验设计样本作为输入，利用人工神经网络技术建立近似模型，从而可以更灵活地对几何位置进行优化，但建立的近似模型与精确模型相比，可能模型本身会存在比较大的误差，容易导致位置优化结果不正确。所以。针对这些问题，本文设计一种分级优化的方法，以结构的应力及偏移为约束条件，以机翼结构重量为目标函数。将位置优化和尺寸优化分离成两个层次，并把尺寸优化嵌套在位置优化中，这样可以充分考虑结构位置与尺寸之间的耦合关系H1。收稿日期