北航飞行器多学科设计优化复习题.doc

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1、飞行器多学科设计优化复习题1.优化设计问题的三要素是什么？给出一个优化设计问题的例子，分别说明三个要素的具体内容。三要素分别是设计变量，约束条件和目标函数。以结构优化设计为例，设计变量可能是蒙皮厚度，前后翼梁缘条厚度，前后翼梁腹板厚度等结构参数；约束条件是机翼强度要求、刚度要求等目标函数是最小化结构重量。2.飞行器设计一般分哪几个阶段？飞行器多学科优化设计有什么意义？飞行器设计分三个阶段：概念设计、初步设计、详细设计。飞行器MDO的意义为：（1）MDO符合系统工程的思想。能有效提高飞行器的设计质量（2）MDO为飞行器设计提供了一种并行设计模式。（3）M

2、DO的设计模式与飞行器设计组织体制一致，能够实现更高程度的自动化。（4）MDO的模块化结构使飞行器设计过程具有很强的灵活性。3.在飞行器设计过程中，多学科设计优化方法与传统设计方法之间有哪些相同和不同点。传统的飞行器设计优化中,采取的是一种串行的设计模式，往往首先进行性能设计优化,然后进行结构、操纵和控制系统设计优化,最后进行工艺装备设计。在传统的方法中，各个学科任务成了实现系统设计的最基本单元，影响飞机性能的气动、推进、结构和控制等学科被人为地割裂开来，各学科之间相互耦合所产生的协同效应并未被充分考虑进去，这可能导致失去系统的整体最优解，串行的模式也

3、使得设计时间周期和成本大大增加。而多学科优化设计技术是一种并行设计模式，它以各子系统、学科的优化设计为基础，在飞行器各个阶段力求各学科的平衡，充分考虑哥们学科之间的相互影响和耦合作用，应用有效的设计/优化策略和分布式计算机网络系统，来组织和管理整个系统的设计过程，通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，以获得系统的整体最优解。相同点在于都有对于子学科的分解，但是MDO更注重子学科间的协同。4.给出MDO的三种定义，根据你的理解，MDO该如何定义？Definition1：MDO是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子

4、系统的方法论。Definition2：MDO是指在复杂工程系统的设计过程中，必须对学科（子系统）之间的相互作用进行分析，并且充分利用这些相互作用进行系统优化合成的方法。Definition3：多学科设计优化就是进行复杂系统的设计过程中，结合系统的多学科本质，充分利用各种多学科设计与多学科分析工具，最终达到基于多学科优化的方法论。MyDefinition：当设计中每个因素都影响另外的所有因素时，确定该改变哪个因素以及改变到什么程度的一种设计方法。5.多学科设计优化中，什么是学科分析？什么是系统分析？学科分析：也成为子系统分析或子空间分析，以某一学科设计变

5、量，其他学科对该学科的耦合状态变量和系统的参数为输入，根据某一学科满足的物理规律确定其物理特性的过程系统分析：对整个系统，给定一组设计变量X，通过求解系统的状态方程得到系统状态变量的过程。6.什么是多学科设计优化的状态变量？学科状态变量和耦合状态变量之间有什么区别?状态变量：用于描述工程系统的性能或特征的一组参数。学科状态变量是属于某一自学科的状态变量，耦合状态是指对某一学科进行分析时，其他学科对该学科有影响的状态变量。1.给出MDO问题的数学表达式，并叙事其含义。其中X为设计向量，Y为状态向量，C为约束向量，设计向量和状态向量还满足以下控制方程组：2

6、.MDO问题有哪些特点？(1)以处理学科耦合为主要手段(2)具有高度复杂性(3)具有强拓展能力(4)面向工业应用3.什么是系统的整体性和层次性？层次系统和非层次系统之间有什么区别？系统的分类与飞行器多学科设计优化之间有什么关系？整体性：从系统论的角度来看，系统是由相关要素（子系统，分系统或组成部分）有机地组成，但是系统作为整体又具有各个子系统所不具备的性质与功能。层次性：任何系统都是更高一层次系统的有机组成要素，也是第一层次各组成要素的有机组成。系统论认为，同层次系统与系统之间，系统各层次之间是通过物质、能量和信息相互联系的。层次系统与非层次系统区别：

7、层次系统的子系统之间信息流程有顺序性，每个子系统只与上一级或下一级的子系统有直接联系，子系统间没有耦合关系，是“树”的结构。而非层次系统的子系统间没有层次等级关系，子系统间的信息流程是耦合在一起的。是“网”状结构。关系：实际上的飞行器设计的多个学科之间组成的系统往往是非层次系统，各子系统之间的信息流程不具有顺序性，子系统间的信息流程耦合在一起，因此我们在进行飞行器设计时需要考虑到各个学科之间的耦合引起的协同，利用系统整体性和层次性的思想，充分考虑到系统各层次之间的相互作用，将飞行器系统整体性质和功能的优化作为设计的目标。4.局部最优组合为全局最优解需要

8、满足哪些条件？一般系统中局部最优组合非全局最优的原因有哪些？要想各子系统单独优化得到的结构凑起