客机机翼气动/结构多学科设计优化研究
在客机的初步设计阶段，机翼的气动/结构一体化设计是一个典型的多变量、高耦合度的多学科设计优化问题。一方面，它涉及到飞机外形参数、机翼结构布置参数、结构属性参数等大量参数；另一方面，气动与结构学科间的耦合关系复杂，存在气动弹性效应等不可忽略的影响。本文以机翼为研究对象，旨在研究一种实用有效的气动/结构多学科优化流程，为客机机翼气动效率与重量之间的权衡分析提供有效的工具。以客机机翼的初步设计为背景，主要研究内容如下： 1）提炼并定义机翼的气动/结构一体化设计问题，分析其气动、结构学科间的相互作用，给出有效的解耦方案。结合基于代理模型的二级优化方法，针对耦合程度不同的机翼MDO问题，就是否考虑静气动弹性，提出了两种综合优化策略。 2）对翼身组合体外形、机翼结构等进行参数化分析，为所有涉及的参数建立了统一的管理文档，从而为多学科模型的自动生成提供了统一的输入文件。 3）综合利用CAD/CFD/CSD等软件协作技术，编写程序自动化生成具有较高精度的多学科分析模型。包括基于全速势方程的气动分析模型、基于NASTRAN的结构仿真模型和应用MATLAB的学科间数据传递模块等。并在这些程序的基础上，对机翼的静气动弹性问题进行快速准确的数值模拟研究，建立了参数化、自动化、模块化的气动/结构耦合仿真平台。 4）根据提出的机翼多学科优化策略，制定了机翼气动/结构MDO的具体实施流程。在iSIGHT-FD环境下建立了多学科设计优化计算环境，实现了机翼气动/结构MDO的自动化分析和仿真。 5）在建立的两种MDO环境下，以客机机翼为研究对象，进行不考虑和考虑静气动弹性的机翼气动/结构多学科设计优化，并对结果进行分析和对比。算例结果表明，本文提出的机翼气动/结构MDO流程可行，建立的计算环境稳定有效，可用于解决机翼的气动/结构一体化初步设计问题。
客机机翼;气动/结构一体化设计;耦合程度;静气动弹性
南京航空航天大学
硕士
飞行器设计
余雄庆
2011
中文
V271.1;V224
81
2013-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）