考虑气动-结构耦合的机翼三维结构拓扑优化方法

针对机翼三维结构拓扑优化方法在工程实际应用中的气动-结构耦合问题,开发了一种在机翼翼型表面直接加载气动载荷的三维拓扑优化方法。用更接近真实工程的约束和载荷条件进行结构拓扑优化,便于考虑不同翼型之间气动载荷的差异,并兼顾拓扑优化方法的载荷敏感性;利用MATLAB编写自动网格划分、施加约束和载荷、求解优化的结构分析程序,实现气动-结构分析统一模型;最后通过实例验证了方法的可行性及有效性。结果表明该方法为载荷敏感的拓扑优化方法更精确得到符合实际工况的优化结果提供了一种实用的方案;并对于气动-结构耦合三维拓扑优化方法进行了原理性的探索研究。     

考虑结构静气弹变形的连接机翼气动外形优化设计

以一种大展弦比连接翼布局的风洞模型机翼为优化设计例子,利用基于Euler方法的CFD分析软件和线化结构分析的FEM软件,采用CFD-FEM迭代正反设计方法,开展了考虑吹风模型机翼结构静气弹变形的机翼气动外形优化设计.风洞试验结果验证了设计良好效果,在设计点,优化设计的气动外形获得了约10%的升阻比收益.     

组合体无人机单体机翼构型设计与拓扑优化

轻量化是飞行器设计及优化的关键指标,直接影响飞行器的作战效能。该文针对大展弦比组合式无人机中的单体无人机承力结构设计及轻量化设计需求,建立组合体无人机单体机翼框架模型,提出了在气动循环载荷作用和疲劳寿命的约束下,对机翼主要传力构件进行拓扑优化的整体设计优化方法：首先,通过有限元方法分析机翼全工况下气动载荷;其次,在极限载荷循环作用下分析机翼全域的疲劳寿命特性;最后,通过拓扑优化技术对单体机翼承力框架进行体积优化设计,优化后机翼框架减重35%,有效实现了机翼框架的轻量化设计目标。     

基于高精度模型的机翼气动结构多学科设计优化方法

利用低自由度协同优化方法对轻型飞机机翼进行了气动/结构多学科设计优化,气动和结构两个子系统实现了并行,其中气动分析采用CFD软件Fluent,结构分析优化采用有限元软件MSC.Patran＆Nastran。建立了基于Catia、Gambit和Fluent等通用软件的气动自动化分析模型。提出了利用三系数四次响应面模型拟合机翼上的升力分布以实现不同子系统并行和气动力的传递。以气动自动化分析模型和三系数四次响应面气动载荷分布模型为基础,提出了面向高精度气动分析的气动分析代理模型的建立方法。机翼优化结果表明LDFCO/V1方法可以成功地利用高精度模型实现机翼气动/结构多学科设计优化。     

考虑短舱安装参数的全机气动外形优化设计

针对跨声速宽体客机机翼、机身、短舱、挂架、平尾、垂尾全机构型中各部件之间存在的气动干扰和力矩耦合问题,采用多块拼接自由变形(FFD)方法进行全机多部件的参数化,利用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)进行流场求解,结合离散伴随技术和序列二次规划优化算法进行考虑短舱安装参数变化和平尾配平的气动外形优化设计。经过优化之后,短舱附近机翼的压力分布形态变光顺,设计点阻力减小3.82%,并且获得了无激波的压力分布形态。     

改进的粒子群算法在翼型优化设计中的应用

建立了多目标风力机翼型型线优化模型,并采用改进的粒子群优化算法对多目标风力机翼型型线进行优化,设计出4种不同厚度的性能较好的风力机翼型。对CQUA18和CQUA21两种新翼型的气动特性与相同厚度典型的风力机翼型进行对比分析,结果表明,该翼型具有良好的气动特性,对翼型的前缘粗糙度不敏感,在主要攻角范围内,光滑和粗糙条件下,新翼型的升力系数和升阻比都要高,其气动特性具有显著的提高。     

基于HyperMesh二次开发的复合材料机翼结构优化设计

针对复合材料飞机机翼结构设计具有设计变量与约束条件多的特点,而使用手工方式建立优化模型不仅耗时费力而且容易出错且不利于机翼结构设计的修改和管理的状况,在飞机总体外形和骨架确定的条件下,给出了一种基于HyperMesh二次开发的飞机复合材料机翼结构优化设计方法,即:使用HyperMesh二次开发语言批量创建属性、优化设计变量、响应与约束,快速建立有限元模型及优化模型,从而提高了建模效率.通过提交optistruct优化计算,得出在该布局条件下机翼结构满足各项约束条件的最优尺寸和质量,最终实现机翼结构质量降低16. 6%,验证了使用HyperMesh二次开发完成飞机复合材料机翼结构优化设计的有效性和实用性.     

机翼气动结构多学科设计优化研究

为解决大展弦比机翼气动和结构学科的耦合分析及优化耗时问题,采用高精度计算流体力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)模型耦合分析的方法,得到耦合分析后最终真实变形情况下的应力状态和气动力性能,指出大展弦比机翼气动结构耦合分析的必要性.对自适应响应面法进行改进,提出一种基于模糊聚类自适应径向基的全局优化策略,研究了该策略的全局寻优能力和优化效率.运用该优化策略对考虑气动结构耦合分析的大展弦比机翼结构进行多学科设计优化研究.研究结果表明该气动结构耦合分析方法可行有效,并且该优化策略提高了优化效率.     

基于梯度信息的跨音速机翼优化设计方法研究

对三维机翼的优化设计方法进行了研究.采用基于梯度信息的优化搜索方法,以及参数化方法,三维欧拉方程和离散共轭方法,形成了一套对三维机翼的优化设计方法.根据该方法,选取升阻比为目标函数,对机翼进行了优化设计,并对这些结果进行分析.通过设计说明了运用该方法对三维机翼进行优化设计是切实可行的,并且总结了在实际工程应用中如何更加有效地使用该套设计方法.     

复合材料前掠翼设计与CFD/CSM一体化分析

提出了一种全复合材料前掠机翼的设计与CFD/CSM一体化分析流程。首先进行了机翼气动分析,获得不同迎角下的机翼气动特性;然后根据机翼结构各部件的传力特性,基于等强度原则确定了各部件的形状和尺寸并完成了变截面复合材料部件的铺层设计;最后通过CFD/CSM载荷传递进行了机翼结构的力学性能分析。CFD/CSM一体化计算结果满足设计技术指标;与传统金属机翼相比,结构减重达40%,刚度提升约30%。说明该设计方案在机翼的初步设计阶段具有良好的参考价值。     

约束条件下机翼的多目标响应面优化方法

本文提出一种在较强的工程约束条件下,开展机翼优化设计的高效率多目标方法。文中综合升力线理论和RANS的流场计算方法以及数学近似的响应面方法,研究在多种工程约束条件下,巡航设计点中升阻比和翼根弯矩的多目标优化问题。采用分步嵌套优化的方法,首先,固定平面形状外形,优化展向的扭转角分布;然后优化固定拓扑形式下的平面形状参数,对于每一个平面外形,展向扭转角分布的优化为平面形状优化的内迭代;最后通过响应面的结果得到双目标的近似Pareto锋面。该方法对完成特定约束条件下的气动设计具有参考价值。     

一种考虑静气动弹性影响的机翼型架外形设计方法

在机翼静气动弹性分析的基础上,结合Takanashi余量修正方法对三维机翼进行气动外形反设计,以确定机翼的型架外形。其中静气动弹性分析采用耦合计算流体力学和计算结构动力学(CFD/CSD)方法进行数值模拟。气动力采用N-S方程的有限体积求解技术,结构响应则采用有限元数值求解技术。以某客机方案机翼作为算例,设计结果表明本文所建立的机翼型架外形设计方法是可行的,具有一定的工程应用价值。     

响应面法优化仙草黄酮提取工艺研究

采用响应面优化法对仙草中黄酮的提取工艺进行研究.将乙醇浓度、提取时间及液料比作为影响因子,在单因素试验的基础上,采用响应面Box-Behnken中心组合法,进行试验设计,将仙草中黄酮的提取率作为响应指标值,进行优化试验.试验结果说明各个因素对仙草中黄酮的提取率影响强弱次序为:乙醇体积分数液料比提取时间;仙草黄酮的最佳提取条件:乙醇体积分数60%,提取时间5 h,液料比30∶1(m L/g),该条件下得到的黄酮提取率最大,实际测定值为14.37%,与预测值(14.79%)没有显著性差异.表明响应面优化法分析的结果可信,所得的最佳提取条件为仙草中黄酮的综合利用奠定了基础.     

压力机杆系优化求解的变量循序组合响应面法

为了能够切实有效地对机械压力机杆系驱动机构进行优化设计,采用响应面分析法并结合试验设计方法,提出了求解该杆系多目标优化问题的变量循序组合响应面法(VSCRSM),并建立了优化数学模型.对优化变量及其变化范围进行循序取舍组合和设定,同时采用响应面分析法多次拟合进行优化求解,最终得到了优化结果.与初始设计及变容差遗传算法相比较,VSCRSM优化目标的最小值分别降低了15.85％和5.8％,并且滑块行程误差仅为0.09％,不仅解决了初始设计及变容差遗传算法所得结果中滑块行程超出误差范围的问题,而且实现了压力机杆系的显著优化.     

M型机翼变体飞机动力学分析

对变体飞机机翼变形时的飞行动力学响应进行仿真,分析机翼变形诱导出附加力及力矩的影响,为变体飞机飞行控制提供参考依据.基于牛顿欧拉方程,推导出适用于变体飞机的扩展运动方程,方程中增加了4项由于机翼变形而产生的附加力及附加力矩.基于涡格法建立任意机翼构型下气动力求解方法.将变体机翼飞机的动力学建模与仿真分析方法应用于M型机翼变体飞机,对机翼对称及非对称变形下的动力学响应进行分析.结果表明,附加力及附加力矩对变体飞机飞行影响明显.      

基于非线性梁理论的复合材料机翼气动弹性优化研究

将复合材料机翼模拟成盒形梁。考虑变形的几何非线性,建立简单、精确的气弹模型进行优化裁剪研究。以颤振速度为约束条件,运用均匀导数准则对复合材料各铺层厚度进行优化,以获得质量最轻的设计。研究表明:机翼一阶扭转模态是颤振危险模态。颤振速度对复合材料45o铺层敏度最大。优化结果中增加了45o铺层厚度以增加结构扭转刚度,减小了0o和90o铺层厚度以优化质量。将低阶非线性梁模型与均匀导数准则相结合的方法具有精度合理、收敛快的优点,适用于复合材料机翼的气弹工程优化。     

改进响应面法在汽车正面抗撞性优化中的应用

为提高汽车正面抗撞性,提出了精确收敛于当前设计点的改进的响应面方法,并将该方法与最优拉丁方试验设计方法相结合,建立了汽车全宽正面碰撞过程中B柱加速度峰值的代理模型. 基于该代理模型使用序列二次规划算法对多组结构参数进行优化. 结果表明,使用改进的响应面法建立的代理模型具有较高精度,基于代理模型优化后汽车B柱的加速度峰值降低18.2%. 该研究为汽车正面抗撞性优化提供了一种快速便捷的方法.     

响应面法优化荔枝壳粗多酚提取工艺条件的研究

在单因素实验的基础上,利用Box-Benhnken中心组合设计,采用响应曲面法对荔枝壳粗多酚的提取工艺进行优化.结果表明,荔枝壳粗多酚的最佳提取工艺条件为荔枝壳在低温(4℃)下用体积分数为20%的丙酮溶液浸提1h后,用150W的超声波功率处理15min,荔枝壳粗多酚提取率为37.10%,显著缩短了提取时间,提高了荔枝壳粗多酚的提取率.     

菊苣酸脂质体制备工艺研究

研究菊苣酸脂质体的最佳制备工艺。采用薄膜分散-超声法制备菊苣酸脂质体,以包封率为评价指标,采用Box-Behnken design响应面优化法优化制备工艺参数。结果显示最佳制备工艺为：磷脂与胆固醇的质量比为4.20:1,磷脂与药物的质量比为11.44:1,超声时间为6.54 min,采用最优工艺制备的脂质体包封率为75.18%。采用Box Behnken design响应面法优选出了最佳制备工艺,所得工艺合理可行。     

板料渐进成形工艺等高线图生成方法的研究

板料数字化渐进成形工艺可以通过数控渐进成形机床加工出成形极限较大、形状复杂的板材零件,在航空航天、汽车和民用产品的小批量钣金件加工方面具有广泛的应用前景。如何生成成形零件的等高线图是该工艺的关键技术。对板料渐进成形工艺等高线图的生成方法进行了研究,提出一种基于Matlab拟合Bezier曲面并快速生成等高线图的方法。对理论抛物面和飞机翼面的仿真研究表明,提出的等高线图的生成方法,工程精度较高、算法简单。计算速度快,适合在板材数字化渐进成形工艺中推广应用。