飞行器多学科设计优化理论与应用研究怎么样,好不好

都本海

[摘 要]随着人们对飞行器研究增多、加深，飞行器的设计技术逐渐得到重视。在飞行器的设计研究中，关于多学科设计优化理论的应用研究很多，并且成为研究的热点。在多学科的设计优化理论的指导下进行飞行器设计，提高飞行器设计的水平，提高理论应用的实用性。文章主要介绍多学科设计优化理论的基本内容，总结出飞行器设计过程中，多学科设计优化理论的实际应用方法。

[关键词]飞行器；多学科设计优化理论；实际应用

中图分类号：V474 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0379-01

前言：信息社会的快速发展，科学技术更新换代的时间逐渐缩短，中国近些年来，不断创新科学研究成果，在科学研究上取得很大的进步，尤其是在国际航空领域上，硕果累累。在进行科学技术时的研发的过程中，航空领域是重要的科学研究领域，其中有很多关于飞行器的研究。随着人们对飞行器的认识的加深，对飞行器的设计比较关注。飞行器的设计包括多学科的内容，在设计的过程中，要考虑多学科知识的应用，进行专业分工，协调、统一的进行设计。在飞行器设计的过程中，要从多方面考虑多学科设计优化理论，提高理论的实际应用水平，提高飞行器设计的水平。

一、 多学科设计优化理论概述

1、 多学科设计优化理论

多学科设计优化又叫做“MOD”，这一理论是在20世纪九十年代提出、发展的，是当前进行国际航空飞行器研究的主要的设计指导理论，并且不断的向前发展。这一理论是由Sobieski提出的，将这一理论系统分为分层系统”、“非分层系统”、“混合分层系统”，目前这种分层关系仍然在使用。

MOD的定义可以通过具体的式子进行表示：

对这一式子进行解释，等号左边的代表设计总效益，等号右边分别代表单学科效益之和、效益增加量。

2、 多学科设计优化的研究内容

MOD主要研究三方面的内容：

面向设计的多学科分析设计软件的集成和分布式的计算支持环境。目前投入使用的设计软件系统有两种——通用开发与专用开发。

设计中进行有效的MOD方法的应用，使用多学科的耦合关系进行设计，实现系统的最优效益，在设计中进行多级优化、并行优化，有效缓解设计的难度。

通过MOD的研究建立近似模型，对设计模型汇总的实际数据进行分析，通过数学建模的方式，对设计中的各参数进行耦合分析。

二、 多学科设计优化理论应用挑战

1、模型复杂性

由于各学科之间的藕合，建造的组合模型可能是非线性的。例如在飞行器的翼的设计中，为了简便，烦测压力分布时可能采用简单的线性模型，而在预测形变时可能采用线性的结构分析，但是压力与形变之间的关系却很可能不是线性的。多个学科组成的系统，我们有可能不得不面对多目标函数，因此就要将单目标优化问题转化成为多目标优化问题，增加设计的难度。

2、信息交换的复杂性

多学科设计优化过程中，会有多个子系统，子系统不断在输入、输出的角色中转换，例如一个子系统的输入往往是另一个子系统的输出，而它的输出又是另一个子系统的输入。这种子系统之间的信息交换成为飞行器设计中的一个难题。

3、计算复杂性

对于设计一个飞行器来说，仅仅完成一个机身的结构设计，其设计变量较多、变化较大，同时还要分析耦合关系，计算量特别大，导致在计算时的成本较高。

4、组织复杂性

一是指物理建模上的困难，例如如何多学科分析和单学科分析结合起来等；二是指数学建模上的困难主要表现在变量、算法的选择上；三是指在计算机实现上的困难，即如何进行各学科的模块化及各模块之间的通讯、如何建立人机交互环境等方面的问题。

三、 飞行器多学科设计优化理论的实际应用

多学科设计优化理论在飞行器设计过程中，响应面法作为设计建模和系统分析的处理技术，在应用时，要考虑多种参数的变化，这种方法较早引入飞行器设计中。

1、 飞机总体设计优化

飞机总体多学科设计优化技术，主要是建立在信息技术的基础上，通过数字化设计的流程，改变传统的设计建模的方式，创新设计的手段和方法，将飞行器设计过程中各种信息有效进行耦合，想成集成式体系，提高研究水平。

飞机的总体设计分为3个方面，包括方案设计、总体参数设计、决策和优化。首先要计算出飞机的总体参数，初步对飞机的飞行阻碍进行研究；咽喉对飞机的总体参数进行详细的研究，设计出方案，检验方案设计的可行性，利用信息技术建立起来飞行器的三维视图，根据具体的图像进行分析，对飞行的总体性能进行评价，优化设计的方案。

2、 高超声速飞行器多学设计优化

高超声速飞行器设计优化是将系统的问题进行分解，分解成为子系统的问题，然后利用分布式的方法进行设计研究。在进行飞行器的设计时，利用多学科设计优化理论进行建模，优化建模的系统，将各种子模块统一协调运转起来，通过具体的设计参数进行研究。这种建模系统实际包括两层，在不同的层次进行优化，推进最优化的弹道设计的变量。系统里的每一环节都是相互联系的，每个子系统的设计过程都会进行优化。

3、 导弹多学科设计优化

导弹设计主要是进行数据参数的优化，在一定的程度上进行导弹的设计技术的指导，在进行多学科实际优化的过程中，不仅要对导弹的发动机的运行进行优化，还要对导弹的外形、结构等多方面进行优化，协调各学科之间的任务与参数，提高总体的设计水平，同样的在进行导弹设计优化的过程中，进行总体一体化的设计，解决个专业之间的难题。

在飞行器的设计过程中，发现各个部分的设计优化的计算量较大，所以在计算的过程中，优化算法，建立多学科设计优化平台，降低计算的难度，提高优化的效率。

结语

多学科设计优化理论作为一种科学的方法论，在进行飞行器的设计上，要将这种理论应用在设计过程中，解决飞行器设计中的问题，提高理论的实用性。飞行器的设计以优化理论为基础，不断创新算法，丰富理论，在现有的基础上对多学科优化理论实施系统的稳定性进行建模研究，保证设计过程的稳定；同时还要建立多学科设计优化平台，利用现代的先进性的科学技术进行平台的建设，帮助使用的人员了解多维的设计空间；同时还要加强与政府、学校之间的合作，为实际的飞行器的设计提高理论支持和技术保障，还可以根据具体的工程对多学科优化理论进行研究，提高工作人员理论实际应用的水平。

参考文献：

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