直升機總體優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研究.pdf

1、本文研究數(shù)據(jù)庫技術(shù)和多目標、多學科優(yōu)化技術(shù)在直升機總體設(shè)計中的應用。
　　 隨著航空技術(shù)的迅猛發(fā)展和系統(tǒng)的日趨復雜，現(xiàn)代飛行器的設(shè)計理念和設(shè)計模式都發(fā)生了重大變化，從追求飛行性能發(fā)展到追求系統(tǒng)綜合使用效能，從串行迭代的設(shè)計模式發(fā)展到集成并行設(shè)計模式。同時，飛行器的初期設(shè)計階段即概念設(shè)計和初步設(shè)計階段變得越來越重要。直升機總體設(shè)計面臨的是一個龐大又復雜的系統(tǒng)，總體設(shè)計對研制工作具有全局性的影響，是直升機研制工作最重要的一個階段。本

2、文針對直升機總體設(shè)計的特點和多學科本質(zhì)，開展了直升機總體數(shù)據(jù)庫和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)在直升機概念設(shè)計階段的應用研究，并建立了多學科設(shè)計優(yōu)化框架，集成了與直升機總體設(shè)計相關(guān)的多個學科分析模型，進行了多學科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在直升機初步設(shè)計階段的應用研究。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 構(gòu)建了直升機總體參數(shù)數(shù)據(jù)庫和部件重量數(shù)據(jù)庫，完成了數(shù)據(jù)的篩選、錄入和修正，并基于數(shù)據(jù)庫提出了回歸統(tǒng)計分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡響應面法的直升機概念設(shè)計方法，通過對重量

3、、旋翼、尾槳、機身以及功率等參數(shù)的分析，給出了一套用于確定直升機總體參數(shù)的簡化計算方法及神經(jīng)網(wǎng)絡模型。
　　 建立了適合直升機總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的飛行性能計算模型，分析了包括懸停性能、爬升性能和前飛性能在內(nèi)的基本飛行性能；并在遺傳算法中引入了序和密度的概念，以及實數(shù)編碼、錦標賽選擇、精英保留策略、自適應算子等求解策略，經(jīng)過改進的多目標遺傳算法在求解Pareto解集時表現(xiàn)出更好的貼近性、均勻性和完整性；采用改進的遺傳算法對直升機飛行

4、性能進行多目標優(yōu)化，提高了優(yōu)化效率和決策的準確性。
　　 建立了適合槳葉外形優(yōu)化設(shè)計的自由尾跡模型，該模型采用Weissinger-L升力面模型和PIPC求解方法，使得計算精度能滿足總體設(shè)計階段槳葉氣動外形對性能影響的要求，又具有較少的計算耗時；以減少懸停和前飛狀態(tài)下旋翼的需用功率為優(yōu)化目標，采用改進的多目標遺傳算法，同時在算法中加入并行運算技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡代理模型，進一步縮短了優(yōu)化時間，提高了優(yōu)化效率和優(yōu)化質(zhì)量。
　　

5、 在建立和驗證直升機重量估算、飛行性能、槳葉氣動外形、操縱穩(wěn)定性和機動性學科分析模型的基礎(chǔ)上，分析了各學科之間的數(shù)據(jù)傳遞和耦合關(guān)系，確定設(shè)計變量、設(shè)計約束和優(yōu)化目標，建立了直升機總體多學科設(shè)計優(yōu)化模型。
　　 針對直升機總體多學科設(shè)計優(yōu)化的特點和常規(guī)協(xié)同優(yōu)化方法的收斂性差、計算時間長等缺陷，提出了基于代理模型的直升機總體參數(shù)多目標協(xié)同優(yōu)化方法，并以UH-60A直升機為算例，與多學科可行法進行對比，驗證了該優(yōu)化方法的可行性和有效