题目：飞机气动弹性鲁棒优化设计方法

气动弹性优化设计问题正逐步贯穿于飞机设计的各个阶段，然而优化过程中所涉及的结构、控制和气动力等在工程实际中都存在一定的不确定性，这些不确定性严重时甚至会造成结构气动弹性稳定性下降，无法满足使用要求。因此有必要开展气动弹性鲁棒优化设计，在优化过程中考虑这些不确定性因素，使得所设计的结构当遭遇这些可能的不确定性时，仍然具有良好的鲁棒性。有鉴于此，本论文针对现代飞机设计中的气动弹性鲁棒优化问题开展研究，并着重探讨适合工程应用的气动弹性鲁棒优化方法。本论文主要包括以下内容：（1）提出一种气动弹性鲁棒优化设计的方法，并应用于多个复杂飞机结构的鲁棒设计中。该方法以非概率形式描述设计变量的不确定性，基于遗传算法引入气动弹性鲁棒性约束，将设计变量摄动对于目标函数的影响转化为一个额外的约束引入优化过程，从而实现用单目标函数形式描述气动弹性鲁棒优化问题，使鲁棒优化问题的求解变得简洁直观。针对不同后掠角的复合材料机翼，以结构质量最小化为目标，以铺层厚度为设计变量，以翼尖变形和颤振速度为约束条件，在严重载荷状态下开展气动弹性鲁棒优化设计，并与不考虑鲁棒性要求的传统设计进行比较，验证气动弹性鲁棒设计方法的适用性和有效性。结果表明，最优结构的质量随后掠角的增加而增加；后掠角较大时，翼尖扭角约束将显著影响优化结果。（2）发展一种适用于多控制面飞机结构与配平综合优化设计的方法。在多个平飞滚转机动下，以全机质量最小化为目标，以控制面偏转、铰链力矩、翼根载荷和颤振速度为约束，基于遗传算法在同一个优化过程中实现结构参数和各控制面之间传动比的同步优化设计。在主动气动弹性机翼设计中的运用表明，该方法能充分发挥多控制面之间协调偏转的作用，显著提高机动性能，减轻结构质量。以此为基础，开展同时考虑结构参数不确定性和配平关系不确定性的气动弹性鲁棒优化设计，验证气动弹性鲁棒设计方法在处理同时存在两种不确定性问题时的有效性。（3）建立一种考虑机动载荷不确定性的气动弹性优化设计方法，解决由于使用理论线性气动力和试验气动力进行气动弹性分析而引起的机动载荷不确定性问题。提出一种载荷修正模型，用以根据两种气动力的典型差异来预测实际载荷，并基于序列二次规划法实现严重设计载荷的筛选。基于严重设计载荷，以结构质量最小化为目标，以应力、翼尖变形和颤振速度为约束，开展针对小展弦比机翼的气动弹性鲁棒优化设计。所得到的最优结构考虑了机动载荷和结构参数的不确定性，在实际过程中遭遇这些不确定性时，无需对结构进行大量修改，仍可满足使用要求。本论文开展的研究具有工程背景强、结构复杂、计算量大、涉及学科多、设计变量多、约束条件多等特点，研究成果具有一定的工程意义和应用前景，可以为我国未来先进飞机的气动弹性鲁棒优化设计、总体设计和结构设计提供参考。