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一种面向模块化可重构机翼的分步补偿优化方法

罗利龙 王立凯 聂小华

罗利龙, 王立凯, 聂小华等 . 一种面向模块化可重构机翼的分步补偿优化方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(5): 930-935. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0510
引用本文: 罗利龙, 王立凯, 聂小华等 . 一种面向模块化可重构机翼的分步补偿优化方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(5): 930-935. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0510
LUO Lilong, WANG Likai, NIE Xiaohuaet al. A step-compensation optimization method for modular reconfigurable airfoil[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(5): 930-935. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0510(in Chinese)
Citation: LUO Lilong, WANG Likai, NIE Xiaohuaet al. A step-compensation optimization method for modular reconfigurable airfoil[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(5): 930-935. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0510(in Chinese)

一种面向模块化可重构机翼的分步补偿优化方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0510
基金项目: 

国家自然科学基金 91730305

详细信息
    作者简介:

    罗利龙  男, 硕士, 工程师。主要研究方向:结构优化

    王立凯  男, 硕士, 高级工程师。主要研究方向:结构优化

    聂小华  女, 硕士, 研究员。主要研究方向:强度分析

    通讯作者:

    罗利龙. E-mail:lilongluo@hotmail.com

  • 中图分类号: V214

A step-compensation optimization method for modular reconfigurable airfoil

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 91730305

More Information
  • 摘要:

    针对模块化可重构机翼结构的优化设计问题,以沿展向分布的3个翼段模块为研究对象,研究了不同翼展方案机翼的载荷相关性,通过在优化迭代过程中自动调整设计空间,解决了模块化可重构机翼优化设计时复杂的变量-约束耦合影响问题,建立了适用于模块化可重构机翼结构的分步补偿优化方法。以某无人机模块化可重构机翼结构优化设计问题为例,建立了优化模型,并分别采用所提分步补偿优化方法和传统单方案优化方法进行了优化设计。结果表明:所提方法能够稳定收敛,与单方案优化结果相比较,所提方法以较小的重量代价满足了3种重构方案的所有设计要求,且优化结果具有较好的工程实用性。

     

  • 图 1  三种翼展机翼外观及尺寸

    Figure 1.  Appearance and dimension of airfoils with three kinds of wingspan

    图 2  机翼主要结构件布置和模块划分

    Figure 2.  Airfoil's main structural component layout and module partition

    图 3  考虑载荷相关性的模块化可重构机翼结构补偿优化流程

    Figure 3.  Modular reconfigurable airfoil's structure compensation optimization flow considering load correlation

    表  1  无人机3种重构方案总体设计参数

    Table  1.   General design parameters of three UAV reconfiguration schemes

    飞机参数 重构方案1 重构方案2 重构方案3
    起飞重量/kg 680 625 600
    实用升限/m 8 000 6 500 5 000
    机翼面积/m2 7.5 6.1 5
    机翼翼展/m 11 8 6
    最大正过载 3.8 3.5 4.5
    最大负过载 -2.5 -2.7 -3.5
    安全系数 1.3 1.3 1.3
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    表  2  符号及定义

    Table  2.   Definition of symbols

    符号 定义
    V1 模块1的结构设计变量
    V2 模块2的结构设计变量
    V3 模块3的结构设计变量
    CON1 机翼重构方案1的约束条件
    CON2 机翼重构方案2的约束条件
    CON3 机翼重构方案3的约束条件
    W1 模块1的重量
    W2 模块2的重量
    W3 模块3的重量
    LC1 机翼重构方案1对应的工况
    LC2 机翼重构方案2对应的工况
    LC3 机翼重构方案3对应的工况
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    表  3  优化目标结果统计

    Table  3.   Optimization objective result statistics

    模块编号 本文方法模块重量/
    kg
    单方案优化重构方案1 单方案优化重构方案2 单方案优化重构方案3
    模块重量/kg 比率/
    %
    模块重量/kg 比率
    /%
    模块重量/kg 比率
    /%
    1 49.03 47.16 3.81 46.65 4.85 46.73 4.69
    2 8.94 8.33 6.82 7.90 11.63
    3 6.64 6.64 0
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    表  4  模块1上蒙皮厚度设计变量优化结果统计

    Table  4.   Optimization result statistics of thickness design variables belonging to top skin of Module 1

    变量编号 上蒙皮厚度设计变量值/mm
    本文方法 单方案优化重构方案1 单方案优化重构方案2 单方案优化重构方案3
    TU1 4.22 4.13 4.26 4.05
    TU2 4.71 4.66 4.58 4.61
    TU3 4.14 3.91 4.11 4.06
    TU4 3.75 3.65 3.55 3.71
    TU5 3.81 3.77 3.71 3.77
    TU6 3.45 3.22 3.42 3.44
    TU7 2.84 2.64 2.62 2.71
    TU8 3.16 3.04 2.94 2.85
    TU9 2.55 2.55 2.45 2.46
    TU10 2.54 2.34 2.42 2.34
    TU11 2.73 2.62 2.52 2.42
    TU12 2.41 2.31 2.38 2.31
    TU13 2.31 2.24 2.14 2.05
    TU14 2.70 2.56 2.46 2.17
    TU15 2.30 2.26 2.23 2.04
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  • [1] BROWN R B.Low cost innovative design for new commercial transport family: AIAA-2002-5830[R].Reston: AIAA, 2002.
    [2] FUNK J E, HARBER J R, MORIN L.Future military common aircraft development opportunities: AIAA-2006-1514[R].Reston: AIAA, 2006.
    [3] DE WECK O L, NADIR W D, WONG J G, et al.Modular structures for manned space exploration: The truncated octahedron as a building block: AIAA-2005-2764[R].Reston: AIAA, 2005.
    [4] SIMPSON T W.Product platform design and customization:Status and promise[J].Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing, 2004, 18(1):3-20. doi: 10.1017/S0890060404040028
    [5] 雍明培, 余雄庆.一种面向飞机族的结构优化方法[J].航空学报, 2008, 29(3):664-669. doi: 10.3321/j.issn:1000-6893.2008.03.021

    YONG M P, YU X Q.A structural optimization method for aircraft family[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2008, 29(3):664-669(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-6893.2008.03.021
    [6] ALLISON J, ROTH B, KOKKOLARAS M, et al.Aircraft family design using decomposition-based method: AIAA-2006-6950[R].Reston: AIAA, 2006.
    [7] WILLCOX K, WAKAYAMA S.Simultaneous optimization of a multiple-aircraft family[J].Journal of Aircraft, 2003, 41(4):616-622. https://www.researchgate.net/publication/228599736_Simultaneous_Optimization_of_a_Multiple-Aircraft_Family
    [8] 李苏杭.飞机模块化结构优化设计的满约束并行优化方法[D].南京: 南京航空航天大学, 2014. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=D672751

    LI S H.Full-constraint parallel optimization method for aircraft modular structure design[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2014(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=D672751
    [9] BEVILAQUA P M.Future applications of the JSF variable propulsion cycle: AIAA-2003-2614[R].Reston: AIAA, 2003.
    [10] FULLER J.The role of manned aircraft in the future: AIAA-2003-2860[R].Reston: AIAA, 2003.
    [11] PATE D J, PATTERSON M D, GERMAN B J.Optimizing families of reconfigurable aircraft for multiple missions[J].Journal of Aircraft, 2012, 49(6):1988-2000. doi: 10.2514/1.C031667
    [12] CETIN O L, SAITOU K.Decomposition-based assembly synthesis for structural modularity[J].Journal of Mechanical Design, 2004, 126(2):234-243. doi: 10.1115/1.1666890
    [13] SOUMA C, VICTOR M, WEI Y T, et al.New modular product platform planning approach to design macroscale reconfigurable unmanned aerial vehicles[J].Journal of Aircraft, 2016, 53(2):309-322. doi: 10.2514/1.C033262
    [14] 张立丰, 姚卫星, 邹君.模块化飞机结构优化设计的等效多工况法[J].航空学报, 2015, 36(3):834-839. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201503015

    ZHANG L F, YAO W X, ZOU J.Equivalent multi-case optimization architecture for modular aircraft structures[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2015, 36(3):834-839(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201503015
    [15] 范林, 王哲.模块化技术在飞机研制中的应用[J].航空科学技术, 2010(3):19-21. doi: 10.3969/j.issn.1007-5453.2010.03.007

    FAN L, WANG Z.Application of modularization technology at each development stage of aircraft[J].Aeronautical Science & Technology, 2010(3):19-21(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-5453.2010.03.007
    [16] 董云峰, 卫晓娜, 郝朝.引入多Agent协商的协同优化在卫星设计中的应用[J], 北京航空航天大学学报, 2016, 42(5):1055-1064. http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract13744.shtml

    DONG Y F, WEI X N, HAO Z.A multi-Agent negotiation based collaborative optimization application in satellite design[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(5):1055-1064(in Chinese). http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract13744.shtml
    [17] 马树微, 李静琳, 陈曦, 等.多级固体运载火箭分级多学科设计优化[J].北京航空航天大学学报, 2016, 42(3):542-550. http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract13387.shtml

    MA S W, LI J L, CHEN X, et al.Stage-wise multidisciplinary design optimization for multi-stage solid launch vehicle[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(3):542-550(in Chinese). http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract13387.shtml
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-30
  • 录用日期:  2018-11-30
  • 刊出日期:  2019-05-20

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