高精度模型驱动的轻型飞机机翼多学科设计优化策略

本文主要探讨了"基于高精度模型的机翼气动结构多学科设计优化方法"这一主题，由刘克龙和姚卫星两位作者在南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室进行的研究。他们针对轻型飞机的机翼设计，提出了采用低自由度协同优化策略来实现气动与结构设计的并行优化。在这个过程中，气动分析依赖于CFD软件Fluent，而结构分析则通过有限元软件MSC.Patran&Nastran进行。 作者构建了一个通用的分析框架，包括使用Catia、Gambit和Fluent等工具进行气动自动化分析。他们提出了一种创新的方法，即利用三系数四次响应面模型来拟合机翼上的升力分布，以便在不同子系统间传递气动力，同时实现并行处理。这种方法有助于提高设计效率和准确度。 文章的核心内容是建立了一种面向高精度气动分析的气动分析代理模型，通过这个模型，可以在保证气动精确性的同时，有效整合气动和结构设计，降低传统设计模式中的耦合效应。由于机翼气动力与结构变形之间的相互作用，传统的设计方法往往无法找到全局最优解，而多学科设计优化（MDO）作为一种有效的解决策略，被广泛应用到诸如超声速战斗机、教练机、区域喷气飞机甚至小型喷气飞机的设计优化中。 国内学者如董波和薛飞等人也在此领域有所贡献，他们分别研究了干线客机和轻型飞机的气动-结构综合设计方法，以及考虑气动和隐身约束的无人机机翼结构优化。刘金辉等人的工作进一步深化了这一领域的研究。 本文的主要贡献在于提出了一种基于高精度模型的低自由度协同优化方法，用于解决轻型飞机机翼设计中的复杂气动-结构问题，通过多学科设计优化显著提高了设计效率和性能。这在现代航空工程中具有重要的应用价值和理论意义。