文章编号 :100026893 (2008) 0320664206
一种面向飞机族的结构优化方法
雍明培 ,余雄庆 (南京航空航天大学航空宇航学院 ,江苏南京 210016)
A Structural Optimization Method for Aircraft Family
Yong Mingpei , Yu Xiongqing
(
Astronautics , Nanjing 210016 , China)
次
:通用模块结构优化层次和专用模块结构优化层次。这种方法不但流程简单 ,且各层次的设计变量和约
化问题。优化结果表明该方法能成功解决飞机族的结构优化设计问题 ,能同时优化飞机族中各型号的结构参数。关键词 :飞机设计 ;飞机族 ;模块化 ;通用性 ;结构优化中图分类号 : V214 文献标识码 :A Abstract : The aircraft family is a set of aircraft that uses common components or common sub2systems while meeting different performance or operational requirements. A new structural optimization method based on the strategy of two level optimization and surrogate models is proposed for an aircraft family with common mod2 ules. The optimization procedure is divided into two levels : optimization for common components and optimiza2 tion for individual components. The advantages of this optimization method are that it can reduce the number of design variables and constraints , and keep autonomy of the optimization of individual components to facili2 tate parallel design. The wing structural optimization for a regional aircraft family was used as a test example. Detailformulationsof thewingstructuraloptimizationwerepresented,whichtheproposedmethodwasusedto solve. The result indicates that the method proposed in this paper is able to solve the structural optimization problem for the regional aircraft family and obtain optimum structural design of each member in the aircraft family. Key words : aircraft design; aircraft family; modularity; commonality; structural optimization
飞机族 (Aircraft Family)是指一组共享通用简单的修改或局部重新设计而逐步派生演化 ,形部件或子系统的 ,但性能 (或使用要求 )不同的相成飞机族 [2]。这种模式实际上是一种“事后”系列关飞机产品的集合。通过开发飞机族 ,可满足用化方法 ,不易很好地满足对飞机的多样性要求。户不同的需求 ,既能占有市场 ,同时又能缩短产品与传统的飞机族开发模式不同的新模式是基开发周期 ,降低生产成本 ,从而提高企业的竞争于模块化产品平台的策略 [3]。所谓模块化产品平力。而且 ,由于飞机族中许多部件和系统是通用台策略就是应用模块化和通用性概念对产品进行的 ,使得使用和维护的费用大大降低。因此 ,在飞规划和组织。首先根据技术要求和使用要求确定机研发中 ,开发飞机族而不仅仅开发单个型号飞产品应由哪些模块组成 ;然后确定哪些模块可作机已成为飞机工业界的重要策略 [1]。为通用模块 ,哪些模块作为专用模块 ,其中 ,通用
传统的飞机族开发模式是在某个成功的基本模块的集合构成产品平台 ;最后在产品平台基础机型的基础之上 ,根据客户的不同需求通过局部上 ,通过更换或增加专用模块 ,可以派生出一系列
收稿日期 :2007209219 ;修订日期 :2008201203产品 ,形成产品族。
基金项目 :武器装备预研基金与传统的单个型号飞机设计相比 ,飞机族的通讯作者 :余雄庆 E2mail : yxq @nuaa. edu. cn设计有其新的特点 ,在飞机族构型设计与总体布
置、气动外形设计、结构优化、多学科设计优化方面都面临新的问题[4]。本文研究飞机族的结构优化问题。
虽然单个产品的结构优化方法已经日趋成熟 ,但产品族内各个产品之间由于共享某些部件或子系统 ,使得产品族的结构优化设计不同于单一产品的结构优化设计 ,成为一个新的研究课题[527]。Fellini[ 5 ]提出了基于敏感性分析的方法识别产品平台变量 ,并将此方法应用到汽车族车身结构平台的优化设计中。 Cetin和 Saitou[ 6 ]用基于分解的优化方法来确定产品族的结构共享部件 ,提高结构强度并使制造成本和装配成本最低。文献
[7]在 Cetin的研究基础之上 ,进一步提出了
性能的影响。
本文针对飞机族结构优化问题 ,借鉴多学科设计优化中的多级优化方法 [8]和代理模型方法[9] ,提出一种基于代理模型的二级优化方法。首先以支线客机族的结构优化问题为例 ,阐述飞机族结构优化的问题 ;然后提出一种面向飞机族结构优化的二级优化方法和实现流程 ;最后通过优化结果的分析 ,验证此方法在飞机族结构设计中的可行性和有效性。
1 飞机族机翼结构优化问题
选择载客量分别为 50座和 70座的支线客机族作为具体的研究对象 ,基本数据见表 1。
表 1 支线飞机族的基本数据 Table 1 Basic data of a regional aircraft family
飞机参数 50座 70座
飞行高度 / m 10 668 10 668
飞行马赫数 01 74 0178
起飞重量 / kg 23 133 32 999
起飞燃油重量 / kg 6 489 8 822
机翼参考面积 / m2 51 70
设计升力系数 01 48 0144
典型的支线客机的机翼通常分为内外两段翼 ,参考文献 [10 ]支线客机族设计思想 ,将此支线客机族的机翼内段和外段分别作为一个模块。假定在飞机族总体布局和机翼气动外形设计时 ,已确定机翼外段模块为共享模块 ,内段模块为专用模块 ,如图 1所示。两机翼的外形参数见表 2。
图 1 支线飞机族机翼通用模块与专用模块
Fig1 1 Common components and individual components of wing for a regional aircraft family
表 2 支线飞机族机翼几何参数 Table 2 Wing geometric parameters of a regional aircraft family
机翼参数 50座 70座
总体参数 展弦比 后掠角 / (°) 7189 30 714330
内段参数 梢根比 扭转角 / (°) 01 576 -01 47 0144-0113
外段展长 / m 6197 6197
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本文链接地址：航空学报08大飞机专刊(115)
