復(fù)合材料翼盒結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性優(yōu)化問題研究.pdf

1、飛行器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜且需要不斷反復(fù)的工作，需要在很多互相矛盾的要求之間進(jìn)行權(quán)衡。比如，在保證盡可能高的顫振/發(fā)散速度的同時(shí)，還要滿足足夠的靜強(qiáng)度要求以及盡可能低的重量。隨著材料工業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，復(fù)合材料由于比強(qiáng)度高、比剛度大的特性，逐漸成為飛行器設(shè)計(jì)時(shí)的首選。以強(qiáng)度和氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性為約束條件，以總體質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)，尋找最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，這就是典型的結(jié)構(gòu)氣彈優(yōu)化問題。
　　在傳統(tǒng)計(jì)及氣彈約束的優(yōu)化方法中，氣彈約束一般采用頻域方法

2、計(jì)算，但該方法所得的阻尼信息往往失真;優(yōu)化方法一般基于梯度信息，但該方法存在很多固有缺陷，如:容易陷入局部最優(yōu)。本文在拉氏域中進(jìn)行顫振計(jì)算，采用遺傳算法對(duì)復(fù)合材料翼盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，力圖解決上述問題。具體研究工作和結(jié)論如下:
　　1)從氣彈問題的運(yùn)動(dòng)方程入手，討論了氣彈穩(wěn)定性分析的多種方法，包括k法、pk法、p法和根軌跡法。pk法和k法可以快速確定顫振和發(fā)散速度，但得到的阻尼信息是無(wú)意義（k法）或近似的(pk法)。拉氏域方法，如p法

3、和根軌跡法可以有效解決該問題，但難于快速獲取拉氏域下有阻尼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的氣動(dòng)載荷。通過有理函數(shù)擬合的方法，將頻域氣動(dòng)力延拓至拉氏域，并在狀態(tài)空間模型下進(jìn)行系統(tǒng)矩陣的特征值問題求解。
　　2)為了解決“模態(tài)交叉”的問題，發(fā)展了一種基于左特征向量的模態(tài)跟蹤方法——正交檢驗(yàn)法，與傳統(tǒng)的MAC值法相比具有更高的穩(wěn)定性;通過算例檢驗(yàn)了正交檢驗(yàn)法的穩(wěn)定性，并將根軌跡法與pk法進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了其有效性。
　　3)為了克服傳統(tǒng)梯度法的缺陷，針

4、對(duì)復(fù)合材料翼盒建立了基于遺傳算法的優(yōu)化平臺(tái)，能夠同時(shí)考慮靜強(qiáng)度、氣彈穩(wěn)定性等多學(xué)科的約束條件，且易于處理復(fù)合材料翼盒中的離散變量問題，其中包括靜強(qiáng)度分析模塊、氣彈穩(wěn)定性分析模塊和優(yōu)化分析模塊。
　　4)分別在三種工況下對(duì)某翼盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化:首先將翼盒材料定義為全金屬，考慮其在氣彈穩(wěn)定性約束下的優(yōu)化問題，此時(shí)設(shè)計(jì)變量較少，優(yōu)化結(jié)果可與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證上述優(yōu)化平臺(tái)的可靠性;接著將金屬蒙皮改為復(fù)合材料蒙皮，考慮其在靜強(qiáng)度約束下的優(yōu)化問題