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多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)技术是20世纪90年代以来在国外迅速发展的一门学科,它可以有效地解决大规模复杂工程系统的设计问题,在航空航天领域有着广阔的应用前景。因此,多学科设计优化是当前国际上飞行器设计方法研究的一个最新、最活跃的领域。 本文对多学科设计优化方法进行了总结,重点对其中一种非常有潜力的分布式并行优化方法—协同优化方法进行了分析和改进,并将改进后的协同优化方法应用到了机翼设计中。研究内容具体如下: 1、建立起飞行器多学科设计优化的数学模型,分析了飞行器多学科设计优化所特有的概念及其物理意义,指出其与传统优化问题相比所面临的计算困难及信息组织困难。分析了多学科设计优化方法的组成内容,建立了多学科设计优化的总体框架。 2、总结并分析了多学科设计优化常用的一些工程近似算法,这些近似算法是构成一个完整的多学科设计优化算法的组成部分,在多学科设计优化中起着非常重要的作用。而且这些算法本身也具有工程实用价值,为后面的研究提供了有效的分析计算工具。 3、对协同优化算法作了深入研究,分析了协同优化的数学本质。由于协同优化独特的数学结构,其主要的计算困难在于如何构造有效的系统级协调优化的约束模型。在此基础上,研究总结了三种近似系统级一致性等式约束的方法:动态松弛、响应面、线性近似子空间。并结合经典算例验证了这些方法的实用性和有效性。 4、将本文研究的基于近似技术的协同优化方法应用在机翼设计中。采用均匀设计,通过MGAERO气动软件基于粘性的数值计算方法得到升阻比、气动载荷等气动数据,利用ANSYS软件得到结构数据。并且利用了响应面方法拟合目标函数和约束函数以提高优化计算效率,减小计算强度。