● 摘要
本文研究的对象是面向成本的飞机结构设计问题。通过对面向成本的飞机结构设计的一些关键技术的研究，建立了面向成本的飞机设计的原型系统；重点研究了飞机成本的参数估算法的改进方法，面向成本的飞机结构协同优化，以及复合材料的成本问题。归纳起来，论文的研究工作和相关的创新内容可概括为如下几点：1. 归纳提出了面向成本的飞机设计的关键技术和方法。结合飞机设计过程各阶段的特点，提出了面向成本的飞机设计的关键技术和方法：飞机成本的估算方法、飞机目标成本的确定、飞机寿命周期成本分析决策模型、飞机成本与性能之间的折中与评价、飞机多学科优化设计。2. 改进了飞机成本的参数估算法。基于飞机寿命周期成本划分和成本特征的提取，进一步研究了飞机成本的参数估算法。建模过程中进行了成本数据预处理和精确的诊断研究，并对成熟的参数建模方法进行改进。将飞机效能概念引入建模过程，以作战能力的度量代替技术变量作为成本驱动因子。通过一定的算法定义并计算了武器的系统总体技术度，并在其基础上定义设计水平、先进程度和重新设计，改进的参数模型就是这三个新的综合参数的函数。这种估算方法层次可调，通用性强，适用于各种复杂武器系统的研制成本估算。3. 建立了面向成本的飞机结构协同优化设计模型。基于协同优化方法，建立了面向成本的飞机结构优化设计模型。该模型不同于传统的飞机结构设计中以重量最小或结构效率最大为优化目标，而是以飞机寿命周期成本为目标，通过相同的结构尺寸变量将结构重量与制造成本联系起来。其中以重量表征油耗成本，寿命周期成本模型被简化为制造成本和油耗成本的函数。在iSIGHT优化平台实现了这一结构协同优化的过程。优化结果的对比分析表明：本文进行的结构优化比传统的结构设计思想（以最小重量为目标）更加显示了飞机在寿命周期范围的经济性优势。4. 研究了先进复合材料的低成本技术和成本估算方法。阐述先进复合材料在航空航天领域的应用需求和现状以及发展趋势，指出复合材料的使用对于降低飞机寿命周期成本具有重要意义，重点讨论了复合材料的低成本技术。目前尚未发现国内有关复合材料制造成本估算模型方面的研究报道。研究了国外先进复合材料制造成本估算模型；给出两类制造成本估算模型（参数成本模型和制造工艺成本模型）、建模方法。提出了基于成本估算模型的工艺—性能—成本集成分析的未来研究方向。5. 建立了面向成本的飞机设计的原型系统。基于面向成本的飞机设计的关键技术，构建了面向飞机设计全过程的原型系统，该原型系统包括飞机预期效能分析模块、飞机成本估算与分析模块、飞机面向成本的多学科设计优化模块、飞机复合材料分析模块以及飞机设计方案智能评估模块。还给出了该原型系统的实现框架图。