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题目:考虑不确定性分析的飞行器多学科优化设计

关键词:多学科优化;不确定性分析;模糊聚类;代理模型;参数化建模

  摘要


    飞行器的设计是一项非常复杂的过程,它涉及到结构、气动、控制等许多学科,传统的串行式飞行器优化设计已经不能满足现代飞行器存在诸多学科耦合、交叉的环境要求。针对这种求解需求,多学科设计优化(MDO)方法应运而生。这种方法将各学科视为一个整体,充分地考虑了各学科间的相互联系和耦合作用,在进行设计时从全局出发,极大地提高了设计性能。但是这种多学科优化,往往将优化设计问题视为具体数值,而忽略了内在的不确定性。因此在多学科优化环境下,充分考虑并融合不确定性分析,能有效的提高优化设计问题的稳健性和可靠度。

针对不确定性分析计算量大、分析过程复杂等特点,本文在不确定性分析中提出了一种基于模糊分析处理的方法。具体研究内容包括如下四个方面:

    一、分析和总结了不确定性优化的方法和策略,提出了基于代理模型的不确定性优化策略在实际应用中的优势,尤其是针对实际工程项目中需要进行结构有限元分析以及流体力学计算等数值模拟问题。

    二、提出了一种基于模糊聚类分析的代理模型。在生成代理模型之前,通过模糊聚类分析对生成的样本点进行处理,筛选出对代理模型性能影响较小的样本点并剔除,在保证精度的同时,有效的降低了计算量。

    三、针对一个典型的飞行器多学科优化设计问题,通过软件集成,验证了基于模糊聚类分析的不确定性分析方法的可行性。算例表明,相比于确定性优化,这种方法能有效地提高优化问题的稳健性和可靠性。

    四、针对工程实际问题的需要,验证了该方法在参数化建模上的应用。通过对参数化建模的优化,表明了该方法在实际工程问题中有很好的参考价值。

    本文通过对多学科不确定性优化问题的探讨,提出了样本点的模糊聚类分析方法,并将其应用于优化问题中。结果表明,采用这种改进型的方法能有效地降低计算量,同时保证其优化精度。