● 摘要
运载火箭概念设计是一个复杂过程，它涉及到多变量、多目标函数、多种约束条件、多个学科，传统的设计方法很难协调各学科的设计与优化，从而很难得到一个整体性能最优的设计。新一代的运载火箭要求性能更高、价格更低廉，这就需要新的设计优化方法。多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization, MDO)正是这样一种适用于多学科耦合问题的设计方法，它可以有效地解决大规模复杂工程系统的设计问题，在航空航天等领域有着广阔的应用前景。
论文以美国运载火箭MINOTAUR IV为原模型，建立了多级运载火箭的几何外形、质量、气动、推进、弹道/制导等学科的模型，利用横向分解的思路，将多级运载火箭分成若干个子级火箭，并通过级间飞行状态连续性条件连接到一起，形成系统级和子系统级的框架。设计了三种分级优化策略子系统的优化流程，以起飞总重最小为目标进行了优化，在MODELCENTER平台上进行了学科及优化模型搭建，并且进行了分析。
结果显示，这三种分级优化的策略与多学科可行方法相比能减小优化过程中的迭代次数、得到更好的优化结果，从而验证了分级优化方法在多级运载火箭多学科设计优化的可行性与优越性。
另外论文还介绍了运载火箭总体参数数据库软件，主要用于优化后构型的参数查询、与国内外其他运载火箭对比。