[发明专利]一种针对大展弦比机翼的气动/结构/静气弹耦合优化方法

摘要

本发明公开了一种针对大展弦比机翼的气动/结构/静气弹耦合优化方法，该方法基于多学科优化中的系统分解策略，进行系统级与子系统级的两级分解。在气动子系统级优化中，以巡航外形下气动性能为优化目标，替代传统气动优化中的刚性外形气动性能；气动子系统级优化完成后，将气动载荷、气动外形设计参数及结构布局参数作为输入条件，进行结构子系统优化；气动、结构子系统级优化完成后，将输出系统级优化目标量，返回系统级优化，进而通过气动外形参数和结构参数的迭代优化，实现气动/结构/静气弹多学科综合优化设计流程。

主权项

1.一种针对大展弦比机翼的气动/结构/静气弹耦合优化方法，其特征在于实现步骤如下：(1)选取机身长细比、机翼展弦比、稍根比、后掠角为全局优化变量，设定全局优化变量的上下界；(2)选取全局优化变量的初始值；(3)选取机翼安装角、翼剖面扭转角为气动子系统级优化变量，设定气动子系统级优化变量的上下界；(4)在机翼安装角、翼剖面扭转角气动子系统级优化变量组成的设计空间内生成样本点；(5)根据样本空间中的样本点进行气动外形参数化建模；(6)对每个样本点进行气动分析，计算所有样本点的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数；(7)根据样本点输入参数及对应的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数，通过气动代理模型建立气动子系统级优化变量机翼安装角、翼剖面扭转角与升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数之间的映射关系；(8)选取气动子系统级优化变量的初始值；(9)在步骤(7)中建立的气动代理模型基础上，计算机翼外形在给定设计工况下的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数；(10)在保持俯仰力矩系数以及翼型厚度的约束条件下，以升阻比最大为优化目标，采用遗传算法对气动子系统级优化变量进行优化；(11)判断优化目标是否满足收敛条件，若不满足，转到步骤(8)，更新气动子系统级优化变量，重复步骤(9)至(10)；若满足收敛条件，输出所得目标量升阻比和对应的气动子系统级优化变量，目标量升阻比记为[Cl/Cd](1)，执行下一步骤；(12)给定结构尺寸参数及单元属性参数为结构子系统级优化变量，结构尺寸参数包括梁腹板、肋腹板与蒙皮厚度、梁缘条、肋缘条和长桁的横截面积，单元属性参数包括铺层顺序和角度，设置结构子系统级优化变量的上下界；(13)由多个结构子系统级优化变量组成的设计空间内生成样本点；(14)根据样本空间中的样本点进行结构参数化建模；(15)基于气动和结构参数化模型，对每个样本点开展静气弹分析，计算所有样本点的应力、位移、升阻比、俯仰力矩系数、发散速度、气动面最大弯矩和最大剪力；(16)建立反映结构子系统级优化变量与气动、结构、静气弹响应之间映射关系的气动、结构、静气弹多学科代理模型；(17)选取结构子系统级优化变量的初始值；(18)在保持大展弦比机翼巡航状态下应力、位移、升阻比、俯仰力矩系数、发散速度、气动面最大弯矩以及最大剪力约束下，以重量最小为优化目标，采用遗传算法对结构子系统级优化变量进行优化；(19)判断优化目标是否满足收敛条件，若不满足，转到步骤(17)，更新结构子系统级优化变量，重复步骤(18)；若满足收敛条件，输出所得目标量和对应的结构子系统级优化变量，执行下一步骤；(20)保持全局优化变量取值在其上下界范围内约束，以大展弦比机翼升阻比最大、重量最小为优化目标，采用遗传算法对全局优化变量进行多目标优化；(21)判断优化目标是否满足收敛条件，若不满足，转到步骤(2)，更新全局优化变量，重复步骤(3)至(20)；若满足收敛条件，输出全局优化变量、子系统级优化变量与优化目标，完成针对大展弦比机翼的气动/结构/静气弹多学科优化。