飞行器多学科设计优化课件.ppt

26March2025*26March2025*26March2025*26March2025*26March2025*MDO的系統學描述設計變數可分為：系統（System）設計變數X和局部（Local）設計變數Xi。狀態變數（StateVariable）：用於描述工程系統的性能或特徵的一組參數。分系統狀態變數y，學科狀態變數yi和耦合狀態變數yij。約束條件（Constraints）：系統在設計過程中必須滿足的條件。26March2025*MDO的系統學描述約束條件有等式和不等式之分，分別用h和g表示，也分系統約束和學科約束。系統參數：用於描述工程系統的特徵、在設計過程中保持不變的一組參數p。學科分析（ContributingAnalysisCA）:以該學科設計變數、其他學科對該學科的耦合狀態變數及系統的參數為輸入，根據某一個學科滿足的物理規律確定其物理特性的過程。26March2025*MDO的系統學描述學科分析也稱子系統分析或子空間分析。設學科i的狀態方程為：則學科分析就是求解學科狀態方程：26March2025*MDO的系統學描述系統分析（SystemAnalysis,SA）：對於整個系統，給定一組設計變數，通過求解系統的狀態方程得到系統狀態變數的過程。由於耦合效應，分析過程一般需要多次迭代才能完成。26March2025*MDO的系統學描述一致性設計（ConsistentDesign）：在系統分析過程中，由設計變數及其相應的滿足系統狀態方程的系統狀態變數組成的一個設計方案。可行設計（FeasibleDesign）：滿足所有設計要求或設計約束的一致性設計。最優設計（OptimalDesign）：使目標函數最小或最大的可行設計。26March2025*MDO的系統學描述根據以上定義，可將MDO問題用數學形式表示如下：s.t.26March2025*國內外MDO研究進展MDO於1980年代發展起來。奠基人是J.Sobieszczanski-Sobieski，其專長是結構優化。1982年他在研究大型結構優化問題求解的一篇論文中，首次提出了MDO的設想，後來提出基於敏度分析的MDO方法，引起了學術界極大關注。由於飛行器系統日益複雜，航空航太領域最先開展MDO研究和應用。26March2025*國內外MDO研究進展1986年，AIAA/NASA/USAF/OAI等4家機構聯合召開了第一屆“多學科分析與優化”專題研討會，以後每2年一次。1991年，AIAA成立專門的MDO技術委員會，標誌著MDO作為一個新的研究領域正式誕生。1994年，NASA在郎利研究中心正式成立了多學科設計優化分部（MDOB）。26March2025*國內外MDO研究進展1996年，Sobieski和Haftka撰寫了“航空航太領域中的多學科設計優化研究綜述”一文，對MDO的發展現狀進行了回顧，為MDO研究指明了方向。同年，AIAA組織以論文集形式出版了“多學科設計研究必威体育精装版進展”一書，闡述了MDO的概念、基本方法、學科發展、近似概念和應用環境等內容。26March2025*國內外MDO研究進展MDO在美國大專院校也受到重視。美國在1990年代初把“在多學科團隊中發揮作用的能力”確定為面向21世紀的工科大學畢業生亟待培養與加強的能力，從1991年起，佐治亞理工學院等大學開始開設這方面的課程。1998年，“工程系統的多學科設計優化”列為美國研究生必修課程，目前，已有50多所院校開設了該課程26March2025*國內外MDO研究進展MDO在工業界也得到應用，1998年AIAA的MDO技術委員會就MDO在工業中的應用進行了調查，涉及到波音公司的翼身融合飛機、旋翼飛行器的旋翼設計與優化以及F/A-18E/F飛機的設計優化，洛·馬公司的F-22飛機結構/氣動一體化設計和F-16高敏捷“戰隼”的多學科設計與優化，歐洲區域運輸機結構優化以及以A3XXX為研究對象的工作。26March2025*國內外MDO研究進展目前，MDO在國際上形成了研究熱潮，除美國外，歐洲、俄羅斯、日本等國家都在進行MDO研究，範圍從航空航太領域擴展到汽車、通信、運輸、機械、醫療、建築等領域。包括北航在內的我國多個學術機構和設計單位在MDO方面的研究也十分積極，並取得了不少進展。26March2025*美國的MDO研究現狀1991年，美國的MDO白皮書明確提出：MDO應當由政府部門、大學和工業界共同推動。政府部門：NASA的MDOB，1994年N