高速飞行器气动控制耦合优化设计方法研究

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作者 董超 潘鑫 +1 位作者 姜璐璐 陈刚 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期196-204,共9页

针对传统串行设计过程由于空气动力学和控制系统数学模型复杂、无法综合考虑气动和控制的多目标优化的问题,提出了一种面向高速飞行器气动控制耦合优化设计方法。基于气动单学科代理优化(SBO)算法,将飞行器主动控制技术(ACT)的思想与多... 针对传统串行设计过程由于空气动力学和控制系统数学模型复杂、无法综合考虑气动和控制的多目标优化的问题,提出了一种面向高速飞行器气动控制耦合优化设计方法。基于气动单学科代理优化(SBO)算法,将飞行器主动控制技术(ACT)的思想与多学科优化方法(MDO)相结合,构建了高速飞行器气动控制耦合多目标优化流程架构。在2马赫来流条件下,对带有控制舵的双锥体外形开展了气动耦合优化设计研究,以提升飞行器的气动性能和控制能力为优化目标。结果表明:经过气动控制耦合优化后的最优模型在超声速环境下,升力系数和升阻比分别提升了0.401%、2.999%,同时超调量与控制增益分别降低了2.769%、0.655%,气动性能和控制能力得到提升,验证了耦合策略的可行性;气动控制耦合优化的最优模型不仅使飞行器在超声速工作环境下性能更卓越,还有助于降低后续控制系统的设计难度,提高飞行器设计效率。所提气动控制耦合优化设计方法为高速飞行器的先进设计提供了必要的技术支撑。 展开更多

关键词 高速飞行器 气动控制耦合 多学科优化 外形设计

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多学科设计优化方法在水下无人航行器中应用 被引量：5

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作者 张磊 胡震 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期144-152,共9页

为了提高水下无人航行器工作的可靠性和稳健性,本文采用多学科设计优化方法开展航行器的总体设计优化。首先开展水下航行器在总体设计阶段的学科设计,分析了各学科内部的模型和计算方法,明确了各学科输入、输出和耦合关系;开展了学科内... 为了提高水下无人航行器工作的可靠性和稳健性,本文采用多学科设计优化方法开展航行器的总体设计优化。首先开展水下航行器在总体设计阶段的学科设计,分析了各学科内部的模型和计算方法,明确了各学科输入、输出和耦合关系;开展了学科内参数建模,确立了总体设计的设计变量、系统参数和约束条件。然后以航行器质量最轻和机动性能最强为优化目标,获得设计变量计算最优解和优化设计主要输出结果值。设计变量优化计算值有效提高设计方案满足约束的能力,优化设计主要输出结果为水下无人航行器设计方案的选择提供了定量依据。 展开更多

关键词 自主式水下潜器 学科建模 总体设计 设计变量 设计约束 优化计算 多学科设计优化 协同优化算法

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翼身融合水下滑翔机耐压舱固定架多保真度优化设计 被引量：1

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作者 黎程山 吕达 +1 位作者 安小逸 宋绪丁 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期126-134,共9页

[目的]翼身融合(BWB)水下滑翔机在吊放过程中易发生结构破坏,为保证其结构安全性的同时实现轻量化设计目标,对其内部耐压舱固定架进行优化设计。[方法]采用多保真度数据驱动优化方法,结合结构参数化建模方法和有限元方法,开展BWB水下滑... [目的]翼身融合(BWB)水下滑翔机在吊放过程中易发生结构破坏,为保证其结构安全性的同时实现轻量化设计目标,对其内部耐压舱固定架进行优化设计。[方法]采用多保真度数据驱动优化方法,结合结构参数化建模方法和有限元方法,开展BWB水下滑翔机内部耐压舱固定架结构设计。建立舱体固定架结构的高、低保真度数值模型,提出一种基于分层Kriging模型的多保真度数据驱动优化方法,基于该方法搭建舱体固定架全自动优化设计框架,并完成舱体固定架的优化设计。[结果]结果表明,在保证结构安全的前提下,优化后舱体固定架质量减小了16.4%,且所提出的优化设计方法与粒子群优化算法相比,在获得同等水平优化设计结果时,可减少75%的计算耗时,显著提高了优化设计效率。[结论]研究方法及结论为BWB水下滑翔机耐压舱固定架结构设计提供了一种高效的优化设计途径。 展开更多

关键词 船舶设计 自主水下航行器 水下滑翔机 结构设计 数据驱动优化 多保真度优化 代理模型

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基于组合代理模型的车身多学科设计优化 被引量：16

4

作者 黄焕军 张博文 +1 位作者 吴光强 李凡 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期1107-1113,共7页

本文对比分析了4种单一代理模型和两种组合代理模型的预测能力,并基于各代理模型进行正面碰撞安全性多目标优化,结果发现,组合代理模型不仅具有较好的预测精度和稳健性,还能促进最优解的搜索。基于上述分析,采用组合代理模型拟合正面碰... 本文对比分析了4种单一代理模型和两种组合代理模型的预测能力,并基于各代理模型进行正面碰撞安全性多目标优化,结果发现,组合代理模型不仅具有较好的预测精度和稳健性,还能促进最优解的搜索。基于上述分析,采用组合代理模型拟合正面碰撞、侧面碰撞和白车身模态分析的各种响应,建立针对安全性的车身结构多学科优化模型,并用协同优化方法求解。结果表明:组合代理模型在多目标优化中有利于得到更满意的最优解;基于组合代理模型的车身结构多学科设计优化有效改善了汽车的碰撞安全性,并兼顾了轻量化和NVH性能。 展开更多

关键词 车身 组合代理模型 碰撞安全性 多学科优化 协同优化

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飞行器多学科优化设计中基于产品模型的数据集成 被引量：4

5

作者 范丽 周鸿伟 张育林 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期51-56,共6页

针对飞行器多学科优化设计软件集成中不同应用领域间数据交换问题 ,讨论了采用集成产品模型技术来实现数据交换的方案 ,利用多视图的产品模型来满足不同领域的数据需求 ,并结合某飞行器多学科设计优化给出了基于集成产品模型的应用间数... 针对飞行器多学科优化设计软件集成中不同应用领域间数据交换问题 ,讨论了采用集成产品模型技术来实现数据交换的方案 ,利用多视图的产品模型来满足不同领域的数据需求 ,并结合某飞行器多学科设计优化给出了基于集成产品模型的应用间数据交换的实例。 展开更多

关键词 飞行器 多学科优化设计 数据集成 数据交换

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多级固体运载火箭分级多学科设计优化 被引量：12

6

作者 马树微 李静琳 +1 位作者 陈曦 陈万春 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期542-550,共9页

为了解决固体运载火箭总体优化过程中学科耦合性强、计算复杂、设计效率低等问题,建立了多级固体运载火箭的几何外形、质量、气动、推进、弹道/制导等学科模型,将多级运载火箭分成若干个子级火箭,并通过级间飞行状态连续性条件连接到一... 为了解决固体运载火箭总体优化过程中学科耦合性强、计算复杂、设计效率低等问题,建立了多级固体运载火箭的几何外形、质量、气动、推进、弹道/制导等学科模型,将多级运载火箭分成若干个子级火箭,并通过级间飞行状态连续性条件连接到一起,形成系统级和子系统级的框架。设计了并行方式和串行方式2种子系统的优化流程,以起飞总重最小为目标进行了多学科设计优化(MDO)。结果显示,这2种分级优化的方法与多学科可行(MDF)方法相比能减小优化过程中的迭代次数,得到更好的优化结果,从而验证了分级优化方法在多级固体运载火箭MDO的可行性与优越性。 展开更多

关键词 多级 固体运载火箭 多学科设计优化(MDO) 分级 并行 串行

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基于可靠性的车桥结构多学科优化 被引量：8

7

作者 姜武华 王其东 +1 位作者 何炜 邓震 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期1136-1140,共5页

为降低优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将考虑可靠性,即基于6σ的方法与协同优化方法相结合,建立了车桥基于6σ的协同优化模型,进行了车桥轻量化的多学科优化。结果表明,考虑可靠性的协同优化方法求得的最优解提高了系统的可... 为降低优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将考虑可靠性,即基于6σ的方法与协同优化方法相结合,建立了车桥基于6σ的协同优化模型,进行了车桥轻量化的多学科优化。结果表明,考虑可靠性的协同优化方法求得的最优解提高了系统的可靠性。 展开更多

关键词 车桥结构 多学科设计优化 协同优化 可靠性

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汽车设计的多学科设计优化方法 被引量：8

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作者 吴宝贵 黄洪钟 原薇 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期420-423,共4页

汽车设计是一项复杂的系统工程.针对汽车设计涉及多个学科专业领域的特点,对照传统的常规优化设计方法,提出了应用多学科设计优化方法来设计汽车这一新思想,并对汽车多学科设计优化进行了比较详细的分析研究.

关键词 多学科设计优化 汽车设计 优化 系统工程 工程设计

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复杂机械产品虚拟样机多学科设计优化研究 被引量：12

9

作者 吴宝贵 黄洪钟 张旭 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2006年第11期1729-1735,共7页

为了以尽可能高的效率求得复杂机械产品虚拟样机尽可能优的设计方案,提出了一种将多学科设计优化方法与计算机仿真分析相结合的虚拟样机优化设计模式。通过将多学科设计优化方法应用于虚拟样机的并行设计过程,构建了虚拟样机的多学科设... 为了以尽可能高的效率求得复杂机械产品虚拟样机尽可能优的设计方案,提出了一种将多学科设计优化方法与计算机仿真分析相结合的虚拟样机优化设计模式。通过将多学科设计优化方法应用于虚拟样机的并行设计过程,构建了虚拟样机的多学科设计优化集成平台,由多学科优化来驱动设计分析进程,形成虚拟样机集成的闭环自动迭代优化设计过程。针对汽车设计,给出了虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程,同时利用虚拟样机的动态特性显示,直观地表现出复杂产品多学科设计优化过程中设计方案的变化。 展开更多

关键词 复杂机械产品 虚拟样机 并行设计 多学科设计优化 集成平台 汽车设计

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基于iSIGHT的汽车盘式制动器多学科设计优化 被引量：26

10

作者 胡文婕 陈亮 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期17-20,共4页

综合考虑汽车盘式制动器的结构、运动学、热力学等问题,在Matlab中建立制动器时间模型,在ANSYS中建立制动器结构模型和温度场模型,通过数值分析计算进行多学科优化分析和设计。基于iSIGHT集成Matlab和ANSYS,构建制动器多学科设计优化仿... 综合考虑汽车盘式制动器的结构、运动学、热力学等问题,在Matlab中建立制动器时间模型,在ANSYS中建立制动器结构模型和温度场模型,通过数值分析计算进行多学科优化分析和设计。基于iSIGHT集成Matlab和ANSYS,构建制动器多学科设计优化仿真流程及平台,通过二次开发实现参数的提取、输出、更新以及各软件间的数据交换。实际运行结果表明,改善了制动器制动效果,缩短了制动时间并减小了制动器质量。 展开更多

关键词 车辆 盘式制动器 多学科设计优化 ISIGHT

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飞行器多学科设计优化理论的工程应用 被引量：10

11

作者 陈小前 姚雯 +1 位作者 魏月兴 赵勇 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1-8,共8页

目前,飞行器的多学科设计优化(MDO)方法研究已经成为国际上航天领域的一个研究热点,但在我国,与MDO基础理论研究的迅速发展相比,MDO的工程应用研究相对滞后,甚至导致部分飞行器设计人员对于MDO理论的实用性产生质疑。本文结合我们近十... 目前,飞行器的多学科设计优化(MDO)方法研究已经成为国际上航天领域的一个研究热点,但在我国,与MDO基础理论研究的迅速发展相比,MDO的工程应用研究相对滞后,甚至导致部分飞行器设计人员对于MDO理论的实用性产生质疑。本文结合我们近十多年来的研究工作,在分析MDO工程应用所面临困难的基础上,总结了MDO工程应用研究的关键技术,归纳了国际上MDO工程应用大致经历的三代研究概况,并以我们所完成的三个飞行器MDO实例来说明这三代研究各自的特点,最后对MDO工程应用研究的发展趋势进行了简要分析。 展开更多

关键词 飞行器 多学科设计优化 工程应用

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飞行器多学科设计优化概述 被引量：26

12

作者 王书河 何麟书 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期697-701,共5页

针对飞行器多学科设计优化进行了概述。提出多学科设计优化的综合性定义,介绍了国内外发展现状。指明多学科设计优化的组成要素和存在学科耦合、计算耗时两个难点,并认为其关键问题是离散设计变量和非数值型综合设计变量处理、工程综合... 针对飞行器多学科设计优化进行了概述。提出多学科设计优化的综合性定义,介绍了国内外发展现状。指明多学科设计优化的组成要素和存在学科耦合、计算耗时两个难点,并认为其关键问题是离散设计变量和非数值型综合设计变量处理、工程综合评估、数据流管理等。阐述了可用于多学科设计优化的各种方法及其优缺点。并提出了多学科设计优化的研究重点。 展开更多

关键词 飞行器 多学科设计优化 离散设计变量 非数值型综合设计变量 数据流管理

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高超声速飞行器控制一体化优化设计 被引量：5

13

作者 肖地波 刘燕斌 +1 位作者 陆宇平 陈柏屹 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期752-762,共11页

乘波体高超声速飞行器各个子系统之间具有强烈的耦合效应,飞行包线大,因此,需要在飞行器设计早期就将控制相关分析和设计引入,将控制系统参数与气动、推进、结构系统参数一起作为设计参数,并开发能辅助这个设计过程的软件工具。首先将... 乘波体高超声速飞行器各个子系统之间具有强烈的耦合效应,飞行包线大,因此,需要在飞行器设计早期就将控制相关分析和设计引入,将控制系统参数与气动、推进、结构系统参数一起作为设计参数,并开发能辅助这个设计过程的软件工具。首先将几何外形用参数集表示,建立乘波体高超飞行器的参数化模型。再根据任务需求,确定优化目标函数,然后寻求在约束条件允许的设计空间内的最优参数集。再将系统可控性、闭环稳定性、鲁棒性和时域性能等与控制相关性能指标作为优化指标,将控制对飞行器设计参数调整意见反馈到优化回路,最终得到综和性能最优的飞行器构型。辅助飞行器设计的软件工具能够根据输入的参数集,自动完成飞行器建模和模型动、静态特性分析,并提供多种控制器设计模板。 展开更多

关键词 高超声速飞行器 控制一体化设计 多学科优化 参数化建模

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气动和结构多学科优化设计过程集成技术研究 被引量：9

14

作者 郦仕云 宁汝新 +1 位作者 徐劲祥 姜晓春 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期852-855,共4页

研究了气动和结构多学科优化设计中的过程集成技术问题,详细分析了三维几何建模、CFD、结构强度分析和iSIGHT优化之间的数据集成机理,实现了气动和结构强度的边界设定、载荷加载、优化策略定制和优化结果自动评判等过程的集成。通过基于... 研究了气动和结构多学科优化设计中的过程集成技术问题,详细分析了三维几何建模、CFD、结构强度分析和iSIGHT优化之间的数据集成机理,实现了气动和结构强度的边界设定、载荷加载、优化策略定制和优化结果自动评判等过程的集成。通过基于iSIGHT的集成框架应用实例完成了简单翼的多学科优化设计。 展开更多

关键词 多学科设计优化 飞行器设计 集成框架 过程集成 数据集成

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基于粒子群算法的轿车车身多学科优化设计 被引量：10

15

作者 刘钊 李晗 朱平 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期251-258,共8页

轿车车身结构设计过程中,设计变量多、非线性强、学科间耦合关系复杂,常用的多学科优化策略和优化算法无法有效寻得可行的优化解。本文中针对此问题,基于灵敏度分析方法与数据挖掘技术,采用粒子群优化算法;结合加强协同优化理论,形成了... 轿车车身结构设计过程中,设计变量多、非线性强、学科间耦合关系复杂,常用的多学科优化策略和优化算法无法有效寻得可行的优化解。本文中针对此问题,基于灵敏度分析方法与数据挖掘技术,采用粒子群优化算法;结合加强协同优化理论,形成了基于改进粒子群算法的轿车车身多学科优化设计体系,并将其运用到车身侧围结构轻量化设计中。结果表明,在满足各项结构性能指标的前提下,实现减质量最多达14.6%。 展开更多

关键词 车身 多学科优化设计 粒子群优化 数据挖掘 侧围 结构轻量化设计

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车门隔声量的多学科设计优化 被引量：4

16

作者 高云凯 王士辉 +2 位作者 冯海星 钟大伟 邱娜 《机械设计》 CSCD 北大核心 2015年第9期7-11,共5页

汽车NVH性能越来越受到生产商和消费者的重视,车内噪声水平是其重要的一项评价指标。对车门结构进行优化设计可以提高车门隔声量,降低车内噪声,提高整车NVH性能。文中分别运用质量定律和有限元方法计算简单板件的隔声量,有限元方法计算... 汽车NVH性能越来越受到生产商和消费者的重视,车内噪声水平是其重要的一项评价指标。对车门结构进行优化设计可以提高车门隔声量,降低车内噪声,提高整车NVH性能。文中分别运用质量定律和有限元方法计算简单板件的隔声量,有限元方法计算车门的隔声量并与车门隔声试验结果对比,证明有限元方法的准确性和方便性。考虑车门在模态、刚度、总质量的约束下,以车门隔声量最大为目标,对车门结构进行多学科优化设计。选取车门主要板件厚度作为优化变量,采用最优拉丁方试验设计采取样本点,多项式响应面法建立近似模型,运用连续二次规划优化算法求解优化问题最优解。优化后的车门与原车门相比,车门隔声量提高了1.2 d B,优化效果明显。 展开更多

关键词 车门 隔声量 多学科设计优化

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基于试验设计和响应面近似的高超声速巡航飞行器多学科设计优化 被引量：16

17

作者 罗世彬 罗文彩 王振国 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2003年第6期2-9,共8页

建立了基于试验设计理论和响应面近似的超燃冲压发动机推进的高超声速巡航飞行器多学科设计优化方法。首先建立外形尺寸、质量估算、气动力性能、气动热性能和推进性能学科的分析模型。模型考虑了学科间的耦合效应 ,结合弹道方程 ,形成... 建立了基于试验设计理论和响应面近似的超燃冲压发动机推进的高超声速巡航飞行器多学科设计优化方法。首先建立外形尺寸、质量估算、气动力性能、气动热性能和推进性能学科的分析模型。模型考虑了学科间的耦合效应 ,结合弹道方程 ,形成了飞行器的总体性能模型。然后分别采用 D- Optimal设计、Taguchi设计和均匀设计选择设计点 ,通过多机并行计算完成高超声速巡航飞行器性能分析。根据分析结果 ,构造响应面近似模型。通过响应面近似模型的优化 ,完成了高超声速巡航飞行器的多学科设计优化。计算表明 。 展开更多

关键词 高超声速巡航飞行器 多学科设计优化 响应面近似 试验设计 并行计算

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协同优化方法在电动汽车多学科设计优化中的应用 被引量：4

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作者 陈勇 陈潇凯 林逸 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第8期709-714,共6页

根据多学科设计优化方法的思想,运用协同优化方法将电动汽车经济性优化问题分解为1个系统级优化问题和若干个子系统级优化问题。以电动汽车经济性最优为目标,协调其动力性能和续驶里程,利用多学科设计软件iSIGHT建立仿真优化模型,并采... 根据多学科设计优化方法的思想,运用协同优化方法将电动汽车经济性优化问题分解为1个系统级优化问题和若干个子系统级优化问题。以电动汽车经济性最优为目标,协调其动力性能和续驶里程,利用多学科设计软件iSIGHT建立仿真优化模型,并采用自适应模拟退火和广义简约梯度算法进行优化。结果表明,利用协同优化方法在满足电动汽车动力性能和续驶里程的前提下使经济性能达到了最优目标。 展开更多

关键词 电动汽车 经济性 协同优化 多学科设计优化

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多学科设计优化技术发展及在航空航天领域的应用 被引量：14

19

作者 龙腾 刘建 +2 位作者 孟令涛 史人赫 刘莉 《航空制造技术》 2016年第3期24-33,共10页

首先指出了多学科设计优化(MDO)对于现代飞行器设计的意义和多学科设计优化的主要研究内容。在调研国内外参考文献的基础上,分别对面向MDO的飞行器建模技术、灵敏度分析技术、优化算法、代理模型技术、MDO策略以及MDO框架6项关键技术发... 首先指出了多学科设计优化(MDO)对于现代飞行器设计的意义和多学科设计优化的主要研究内容。在调研国内外参考文献的基础上,分别对面向MDO的飞行器建模技术、灵敏度分析技术、优化算法、代理模型技术、MDO策略以及MDO框架6项关键技术发展状况以及MDO在航空航天领域的应用状态进行了总结和概述,最后指出了技术的未来研究方向以及MDO在航空航天领域进一步推广所需要解决的问题。 展开更多

关键词 多学科设计优化 飞行器设计 航空航天

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助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化研究 被引量：6

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作者 范文锋 许波 郝昀 《现代防御技术》 北大核心 2015年第1期46-51,共6页

以助推-滑翔飞行器为研究对象,开展多学科设计优化在其总体设计过程中的应用研究。首先对助推-滑翔飞行器进行多学科设计优化任务分析、多学科建模,并建立了助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化模型;其次对助推-滑翔飞行器总体设计学科... 以助推-滑翔飞行器为研究对象,开展多学科设计优化在其总体设计过程中的应用研究。首先对助推-滑翔飞行器进行多学科设计优化任务分析、多学科建模,并建立了助推-滑翔飞行器总体多学科设计优化模型;其次对助推-滑翔飞行器总体设计学科间耦合特点进行分析,在此基础上提出了基于最优灵敏度方法的两层系统集成优化策略;最后通过数值优化算例验证了方法的有效性。优化结果表明,该方法具有较好的收敛速度,且使满载起飞质量减少9%,为高性能飞行器总体设计提供新的设计思路。 展开更多

关键词 助推-滑翔飞行器 总体设计 多学科设计优化 最优灵敏度方法

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