基于iSIGHT的鱼雷摆盘发动机活塞多学科设计优化

为进一步对鱼雷摆盘发动机活塞进行优化设计,综合考虑其温度、结构及强度,基于多学科可行性法（MDF）建立了摆盘发动机活塞的多学科设计优化（MDO）模型,并使用UG和ANSYS进行温度场和强度学科设计与分析。给出了活塞多学科设计优化分析仿真流程,并基于iSIGHT集成UG和ANSYS建立其多学科设计优化平台,通过二次开发实现了参数输入、输出、更新及软件间数据交流。经优化的活塞质量较原来降低了21.81%,最高温度降低了55℃,第1环槽温度降低了29℃,最大应力降低了10 MPa。仿真结果表明,活塞轻量化的MDO可有效处理热-结构耦合因素,在降低活塞质量的同时改善了温度及应力特性,提高了设计优化效率。     

使用多学科设计优化方法对鱼雷总体综合设计的建模思路研究

多学科设计优化方法是一种新的针对复杂工程系统设计的求解方法,给出了多学科设计优化方法的参数表示,分析了鱼雷总体综合设计的学科划分和耦合参数,然后分别使用三种典型的多学科设计优化方法——多学科可行性法、单学科可行性法和协调优化法对鱼雷总体综合设计进行建模思路研究,并对三种模型进行了对比分析。     

气动和结构多学科设计优化的需求和流程研究

文中简要介绍了气动和结构耦合问题、多学科设计优化特点和 iSIGHT多学科综合设计环境,对多学科设计优化的集成需求、工作流程及其应用进行了研究;在iSIGHT集成框架下,以简单翼为例,实现了三维几何建模软件、气动计算分析软件、结构强度计算分析软件和iSIGHT之间设计过程和数据流的集成.     

滑翔飞行器多投放条件下飞行性能优化

滑翔飞行器一般可在较大空域和速域范围内的多种条件下投放使用。为综合提升滑翔飞行器多投放条件下的射程,以飞行性能分析中的最大射程分析为核心,兼顾最大射程的制导控制系统设计实现问题,建立包含几何外形、气动、结构质量和飞行性能4个学科的多学科分析模型。前3个学科主要为飞行性能分析提供必要的数据支持;飞行性能学科模型则在控制系统、弹道和制导律设计基础上,采用弹道仿真进行最大射程分析。针对滑翔飞行器增程优化对满足约束的初始设计方案需求,以美国联合防区外武器为参考,设计了满足约束的初始方案。在此基础上,对初始方案进行多投放条件下飞行性能分析。结果表明：初始方案的飞行性能与联合防区外武器的实际能力接近;调用多学科分析模型用于增程优化中不同设计方案的评价,最终方案的综合射程得到一定提升。     

基于试验设计和响应面近似的高超声速巡航飞行器多学科设计优化

建立了基于试验设计理论和响应面近似的超燃冲压发动机推进的高超声速巡航飞行器多学科设计优化方法。首先建立外形尺寸、质量估算、气动力性能、气动热性能和推进性能学科的分析模型。模型考虑了学科间的耦合效应，结合弹道方程，形成了飞行器的总体性能模型。然后分别采用D—Optimal设计、Taguchi设计和均匀设计选择设计点，通过多机并行计算完成高超声速巡航飞行器性能分析。根据分析结果，构造响应面近似模型。通过响应面近似模型的优化，完成了高超声速巡航飞行器的多学科设计优化。计算表明，基于试验设计的多学科设计优化方法可以用于高超声速巡航飞行器的优化设计。     

多学科设计优化方法比较

多学科设计优化(MDO)是当前复杂系统设计研究中一个最新、最活跃的领域，而多学科设计优方法是多学科优化技术体系的研究核心。文中对具有代表性的三种多学科优化方法一多学科可行法(MDF)、单学科可行法(IDF)和协同优化方法(CO)进行比较．阐述了各种方法的结构体系及其特点，并且通过一个耦合的多学科问题来说明三种方法的集成过程。     

径流式涡轮三维叶型优化设计

三维气动优化设计方法是提高叶轮机械性能的有效手段.应用三维优化方法,对一涡轮增压器的径流式涡轮叶片进行了叶型优化设计.优化设计使用神经网络与遗传算法相结合的优化算法;变化控制涡轮端壁型线、积叠规律、中弧线和厚度的自由参数得到不同的叶轮几何,这些几何通过气动计算得到的性能作为神经网络优化的输入参数,以总-静效率为优化目标进行优化.优化后的涡轮总静效率比原涡轮提高了1.5%.这些工作为径流涡轮叶轮的多学科优化设计提供良好的基础.     

高速飞行器气动热结构耦合分析及优化设计

气动、热和结构三学科之间的耦合关系是高速飞行器面临的核心问题之一。文中利用强弱耦合关系简化了气动热结构耦合问题,并基于气动加热、瞬态热传导、热结构、热模态和热颤振的单向耦合关系来分析热弹性问题,建立了气动热结构多学科集成分析平台。针对各子学科耗时问题,文中采用了增广的自适应响应面优化策略完成了气动热结构多学科设计优化,在提高了颤振速度的同时,使升力面结构质量有了一定的降低。     

鱼雷外形多学科设计优化方法研究

基于多学科设计优化(MDO)理论,结合鱼雷外形各学科优化设计方法,将鱼雷外形优化设计问题分解为一个系统级优化问题和阻力学科、自噪声学科和压力分布学科3个学科级优化问题,建立了鱼雷外形多学科设计优化模型,解决了各学科之间、学科与系统之间的耦合问题,实现了并行计算,并结合实际算例,验证了该方法的有效性.     

鱼雷外形低阻、低噪和高机动性的多学科优化设计方法

为了解决鱼雷外形低阻、低噪和高机动性综合优化设计问题,基于MDO理论,利用两级综合优化算法和并行子空间优化算法,提出了一种适用于鱼雷外形综合优化设计的多学科优化算法,建立了系统级优化模型,利用二次响应面近似技术,解决了学科级与系统级之间的耦合问题。最后,通过实际算例,对多学科分析与优化方法及模型的有效性进行了验证,获得了一种综合性能较优的方案。     

车用柴油机活塞在增压和扩缸条件下的运动轨迹研究

依据实验测得增压前后的燃烧气体压力,采用扩缸前后的不同活塞设计尺寸,根据流体动力润滑与活塞动力学理论建立数学模型,使用Newton-Raphson方法求解动力学模型,使用有限差分法和超松弛迭代法(SOR)求解平均Reynolds方程,研究车用柴油机的活塞运动轨迹和横向运动速度。结果表明：增压与扩缸后,活塞运动轨迹的摆动范围增大,横向运动速度也加大,从而增大了擦缸的可能性,也加剧了活塞对气缸的冲击;增压后活塞与气缸的润滑表面要求润滑油粘性有相应的提高;柴油机的增压与扩缸设计中,同时应当考虑增强气缸壁的抗擦伤能力。     

基于isight的某转管武器弹簧缓冲器优化设计

针对转管武器试验过程中出现的后坐阻力和后坐位移过大的问题,以某型转管自动机为研究对象,提出了一种基于isight的缓冲器优化设计方法.基于动力学分析软件ADAMS建立转管武器虚拟样机模型并对其计算结果进行分析.然后基于isight多学科优化技术,以最大后坐阻力作为目标函数,在后坐位移不超过19 mm的约束条件下采用最优拉丁超立方设计方法对缓冲簧设计参数进行灵敏度分析.利用isight集成ADAMS运行程序,采用多目标遗传算法NSGA-II对缓冲簧设计参数进行并行优化设计.实验结果表明:优化后的设计参数与最初方案相比其后坐阻力显著减小,同时该设计方法为转管武器缓冲器优化设计提供了参考依据.     

基于单学科可行法的固体火箭发动机参数优化设计

针对固体火箭发动机优化设计的复杂性,以星孔装药发动机优化设计为例,采用多学科设计优化分析复杂系统的思想,将发动机设计模型子系统化,并根据设计要求规定各个子系统的相应功能,给出各个子系统的计算模型;采用多学科设计优化的概念和方法分析子系统间的耦合关系;采用单学科可行法策略引入辅助设计变量使各个子系统解耦,进而确定发动机模型并行设计的优化设计变量,并选用可行序列二次规划优化算法进行求解。计算实例验证了这种设计模式的有效性。该设计模式充分考虑发动机的模块化并行设计,有利于提高优化效率以及模块的通用性,对于考虑设计因素比较全面的发动机优化设计提供了一种很好的方法。     

—种枪械总体动态优化设计的新方法

针对枪械产品的设计复杂性，结合多个学科领域优化的特点，提出应用多学科优化设计方法(MDO)来设计和优化武器产品。首先归纳分析了MDO方法，给出其在枪械设计过程中的应用框架，在此基础上开发了应用平台。最后给出了一个机枪的四个子系统两级优化模型的算例。说明在该平台上应用MDO方法于机枪的总体优化设计是可行的。     

飞行器总体多学科综合设计中的模型集成技术研究

提出了在飞行器总体多学科综合设计过程中提高总体设计效率的一种方法,即建立一个包含各学科设计与分析信息的统一集成模型,并详细阐述了该模型的关键技术,提出了飞行器总体多学科综合设计的模型集成平台构想,指明了下一步工作的方向.     

多学科优化设计技术在现代鱼雷设计中的应用展望

介绍了国内外多学科优化设计技术的现状与发展，基于该技术在国内起步较晚、在鱼雷领域的应用还是空白的现状，展望了多学科优化设计技术在现代鱼雷技术中的应用，认为应从4个方面开展工作：建立适合鱼雷使用的系统优化模型；确定优化算法；研究优化设计流程；建立鱼雷总体多学科优化设计平台，从而实现全雷各系统各学科的协同设计，提高鱼雷总体设计水平。同时介绍了几种优化算法，如单级优化算法、并行子空间优化算法和协作优化算法，以及几种优化设计平台，如美国Engineous Software公司开发的iSIGHT软件、Sandia国家实验室开发的DAKOTA软件、Vanderplaats开发的VisualDOC软件、Phoenix Integration公司开发的ModelCenter软件等的技术特点。     

区间分析法和凸模型方法在多学科系统中的应用研究

研究了具有有界不确定参数的多学科系统的不确定性分析方法。结合泰勒级数及全局敏度方程，分别采用区间分析法和凸模型方法推导了系统连接变量和系统输出的计算公式，并通过理论及实例对两种方法的求解结果进行了比较。结果表明：区间分析法比凸模型方法的解区间更接近蒙特卡罗仿真法的解区间。     

鱼雷总体多学科设计优化集成平台及其关键技术

分析了鱼雷总体设计所面临的技术瓶颈及多学科设计优化的应用趋势。基于项目管理、流程管理、数据管理、知识工程和多学科设计优化等技术,提出了鱼雷总体多学科设计优化集成平台的构想,详细论述了该平台的体系结构以及构建该平台所需解决的关键技术。本文的工作可作为进一步深入研究及构建鱼雷总体多学科设计优化集成平台的参考。