飛機(jī)總體設(shè)計(jì)-12第十二講-飛行器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化

1、Multidisciplinary Design Optimization of Flight Vehicles飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所航空科學(xué)與工程學(xué)院航空科學(xué)與工程學(xué)院飛機(jī)總體設(shè)計(jì)飛機(jī)總體設(shè)計(jì)第十二講第十二講 1內(nèi)內(nèi) 容容v基本概念（優(yōu)化實(shí)例）基本概念（優(yōu)化實(shí)例）vMDO方法的提出方法的提出vMDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展（美國(guó)、俄羅斯、研究進(jìn)展（美國(guó)、俄羅斯、歐洲、其它國(guó)家、國(guó)內(nèi)情況）歐洲、其它國(guó)家、國(guó)內(nèi)情況）v優(yōu)化方法及約束條件處理優(yōu)化方法及約束條件處理v算例：飛機(jī)總體多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化算例：飛機(jī)總體多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化2優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例v混料系統(tǒng)設(shè)計(jì)定的最優(yōu)化問(wèn)

2、題混料系統(tǒng)設(shè)計(jì)定的最優(yōu)化問(wèn)題原 料成分成本(元/公斤)N1N2N310.060.020.091520.030.040.051230.040.010.0383優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例v由表中所列三種原料混合，混合后的成由表中所列三種原料混合，混合后的成分應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：分應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：N10.04，N20.02，N30.07v問(wèn)上述三種原料各應(yīng)占多少，使之既滿(mǎn)問(wèn)上述三種原料各應(yīng)占多少，使之既滿(mǎn)足成分要求又使成本最低？足成分要求又使成本最低？v原料原料1 1應(yīng)占應(yīng)占x1份，原料份，原料2 2應(yīng)占應(yīng)占x2份，原料份，原料3 3應(yīng)占應(yīng)占x3份，則：份，則：x1+x2+x3=14優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例v其約束條件為

3、：其約束條件為：N1=0.06x1+0.03x2+0.04(1-x1-x2)0.04N2=0.02x1+0.04x2+0.01(1-x1-x2)0.02N3=0.09x1+0.05x2+0.03(1-x1-x2)0.07x10，x20，1-x1-x20v簡(jiǎn)化上述各式得：簡(jiǎn)化上述各式得：2x1-x20 x1+3x215優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例3x1+x22x10，x20，1-x1-x20v而最低成本為其目標(biāo)函數(shù)，即：而最低成本為其目標(biāo)函數(shù)，即：f(x) = 15x1+12x2+8(1-x1-x2)= 7x1+4x2+8Min6優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例v利用圖解法求解，如圖所示。利用圖解法求解，如圖所示。v根據(jù)約

4、束條件可找到其可行域?yàn)橥辜鶕?jù)約束條件可找到其可行域?yàn)橥辜疪，它具有三個(gè)頂點(diǎn)，即為，它具有三個(gè)頂點(diǎn)，即為A,B,C。v然后畫(huà)出目標(biāo)函數(shù)的等高線(xiàn)，例如然后畫(huà)出目標(biāo)函數(shù)的等高線(xiàn)，例如f(x)=10那條等高線(xiàn)。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)值增加時(shí)，這條那條等高線(xiàn)。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)值增加時(shí)，這條平行向右移動(dòng)。我們要求的是滿(mǎn)足約束條平行向右移動(dòng)。我們要求的是滿(mǎn)足約束條件的目標(biāo)函數(shù)的最小值。件的目標(biāo)函數(shù)的最小值。78優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例v直線(xiàn)平行移動(dòng)，首先與凸集直線(xiàn)平行移動(dòng)，首先與凸集R的的B點(diǎn)相點(diǎn)相切，切，B點(diǎn)（凸集的頂點(diǎn)之一）即為我們點(diǎn)（凸集的頂點(diǎn)之一）即為我們所要確定的最優(yōu)點(diǎn)。所要確定的最優(yōu)點(diǎn)。v從圖中可以看出，最優(yōu)點(diǎn)從圖中可

5、以看出，最優(yōu)點(diǎn)B點(diǎn)為點(diǎn)為x1+3x2=1及及3x1+x2=2這兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)，這兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)，所以解下列聯(lián)立方程：所以解下列聯(lián)立方程：9優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例x1+3x2=13x1+x2=2v求得最優(yōu)點(diǎn)為：求得最優(yōu)點(diǎn)為：x1=5/8x2=1/8v于是于是 x3=1-x1-x2=2/8v目標(biāo)函數(shù)最小值為：目標(biāo)函數(shù)最小值為：vf(x)=7x1+4x2+8=12.88 Min10優(yōu)化實(shí)例優(yōu)化實(shí)例v即即1、2、3三種原料應(yīng)按三種原料應(yīng)按5/8、1/8、2/8的的比例混合，混合后既能滿(mǎn)足成分要求，比例混合，混合后既能滿(mǎn)足成分要求，又使成本最低，即又使成本最低，即12.88元元/公斤。公斤。v從上述例子中可以

6、看到，目標(biāo)函數(shù)和約從上述例子中可以看到，目標(biāo)函數(shù)和約束條件均為線(xiàn)性函數(shù)，稱(chēng)為線(xiàn)性規(guī)劃束條件均為線(xiàn)性函數(shù)，稱(chēng)為線(xiàn)性規(guī)劃。11MDO方法的提出方法的提出v飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程通常分為概念設(shè)計(jì)、初飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程通常分為概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。v概念設(shè)計(jì)的結(jié)果是給出初步的總體設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的結(jié)果是給出初步的總體設(shè)計(jì)方案。方案。v經(jīng)濟(jì)可承受性問(wèn)題被重視，因而經(jīng)濟(jì)可承受性問(wèn)題被重視，因而LCC成成為衡量設(shè)計(jì)方案好壞的標(biāo)準(zhǔn)。為衡量設(shè)計(jì)方案好壞的標(biāo)準(zhǔn)。v下圖是波音公司針對(duì)彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)的下圖是波音公司針對(duì)彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)的LCC一個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。一個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。1213MDO方法的提出方法

7、的提出v由圖中看出，概念設(shè)計(jì)費(fèi)用只占由圖中看出，概念設(shè)計(jì)費(fèi)用只占LCC的的1%，做出的決策所決定的費(fèi)用為，做出的決策所決定的費(fèi)用為70%。v人們開(kāi)始注意提高概念設(shè)計(jì)的質(zhì)量，采人們開(kāi)始注意提高概念設(shè)計(jì)的質(zhì)量，采用的手段就是優(yōu)化技術(shù)。用的手段就是優(yōu)化技術(shù)。v概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)：最小起飛重量或最大概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)：最小起飛重量或最大有效載荷，關(guān)鍵學(xué)科為空氣動(dòng)力學(xué)和推有效載荷，關(guān)鍵學(xué)科為空氣動(dòng)力學(xué)和推進(jìn)技術(shù)。下圖顯示傳統(tǒng)飛行器設(shè)計(jì)的途進(jìn)技術(shù)。下圖顯示傳統(tǒng)飛行器設(shè)計(jì)的途徑，注意設(shè)計(jì)自由度的變化。徑，注意設(shè)計(jì)自由度的變化。1415MDO方法的提出方法的提出v基本上是一種串行設(shè)計(jì)模式，不同設(shè)計(jì)基本上是一種串行設(shè)計(jì)

8、模式，不同設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者選擇不同的學(xué)科重點(diǎn)對(duì)飛階段，設(shè)計(jì)者選擇不同的學(xué)科重點(diǎn)對(duì)飛行器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，沒(méi)有考慮不同學(xué)行器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，沒(méi)有考慮不同學(xué)科的耦合產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，可能得不到科的耦合產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，可能得不到系統(tǒng)整體最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)整體最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。v存在的問(wèn)題是，概念設(shè)計(jì)階段由于已知存在的問(wèn)題是，概念設(shè)計(jì)階段由于已知信息短缺、強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)學(xué)科，不能充分利信息短缺、強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)學(xué)科，不能充分利用該階段的自由度來(lái)改善設(shè)計(jì)質(zhì)量用該階段的自由度來(lái)改善設(shè)計(jì)質(zhì)量。16MDO方法的提出方法的提出v針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，MDO就出現(xiàn)就出現(xiàn)了，其主要思想是在飛行器各設(shè)計(jì)階段了

9、，其主要思想是在飛行器各設(shè)計(jì)階段力求學(xué)科平衡，考慮各學(xué)科的相互影響力求學(xué)科平衡，考慮各學(xué)科的相互影響和耦合作用，使用有效的優(yōu)化策略和分和耦合作用，使用有效的優(yōu)化策略和分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用各學(xué)科的系布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用各學(xué)科的系統(tǒng)效應(yīng)，獲得系統(tǒng)整體最優(yōu)解。統(tǒng)效應(yīng)，獲得系統(tǒng)整體最優(yōu)解。v使用使用MDO方法后的設(shè)計(jì)過(guò)程、和在自由方法后的設(shè)計(jì)過(guò)程、和在自由度和知識(shí)方面期望達(dá)到的目標(biāo)見(jiàn)下圖。度和知識(shí)方面期望達(dá)到的目標(biāo)見(jiàn)下圖。1718MDO方法的提出方法的提出v使用使用MDO方法后，為獲得更多信息和使方法后，為獲得更多信息和使用更大的設(shè)計(jì)自由度，概念設(shè)計(jì)階段時(shí)用更大的設(shè)計(jì)自由度，概念設(shè)計(jì)階段時(shí)間

10、增長(zhǎng)了一倍，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的時(shí)間縮間增長(zhǎng)了一倍，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的時(shí)間縮短了短了1/3。v概念設(shè)計(jì)階段的學(xué)科分配更加合理，在概念設(shè)計(jì)階段的學(xué)科分配更加合理，在總體設(shè)計(jì)階段引入更多的知識(shí)來(lái)提出更總體設(shè)計(jì)階段引入更多的知識(shí)來(lái)提出更加合理的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)自由度的實(shí)質(zhì)加合理的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)自由度的實(shí)質(zhì)是允許對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。是允許對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。19MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v先介紹幾個(gè)專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)。先介紹幾個(gè)專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)。v學(xué)科（學(xué)科（Discipline）：系統(tǒng)中本身相對(duì)獨(dú)）：系統(tǒng)中本身相對(duì)獨(dú)立、相互之間又有數(shù)據(jù)交換的基本模塊，立、相互之間又有數(shù)據(jù)交換的基本模塊，在在MDO中學(xué)科又叫子系統(tǒng)、子空間，有

11、中學(xué)科又叫子系統(tǒng)、子空間，有時(shí)翻譯成時(shí)翻譯成“領(lǐng)域領(lǐng)域”或或“專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)”。v設(shè)計(jì)變量（設(shè)計(jì)變量（Design Variable）：用于描）：用于描述工程系統(tǒng)的特征、在設(shè)計(jì)過(guò)程中可被述工程系統(tǒng)的特征、在設(shè)計(jì)過(guò)程中可被設(shè)計(jì)者控制的一組相互獨(dú)立的變量。設(shè)計(jì)者控制的一組相互獨(dú)立的變量。2021MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v設(shè)計(jì)變量可分為：系統(tǒng)（設(shè)計(jì)變量可分為：系統(tǒng)（System）設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)變量變量X和局部（和局部（ Local ）設(shè)計(jì)變量）設(shè)計(jì)變量Xi。v狀態(tài)變量（狀態(tài)變量（State Variable）：用于描述）：用于描述工程系統(tǒng)的性能或特征的一組參數(shù)。分工程系統(tǒng)的性能或特征的一組參數(shù)。分系統(tǒng)狀

12、態(tài)變量系統(tǒng)狀態(tài)變量y，學(xué)科狀態(tài)變量，學(xué)科狀態(tài)變量yi 和耦合和耦合狀態(tài)變量狀態(tài)變量yij。v約束條件（約束條件（Constraints）：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)）：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須滿(mǎn)足的條件過(guò)程中必須滿(mǎn)足的條件。22MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v約束條件有等式和不等式之分，分別用約束條件有等式和不等式之分，分別用h和和g表示，也分系統(tǒng)約束和學(xué)科約束。表示，也分系統(tǒng)約束和學(xué)科約束。v系統(tǒng)參數(shù)：用于描述工程系統(tǒng)的特征、系統(tǒng)參數(shù)：用于描述工程系統(tǒng)的特征、在設(shè)計(jì)過(guò)程中保持不變的一組參數(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中保持不變的一組參數(shù)p。v學(xué)科分析（學(xué)科分析（Contributing Analysis CA）:以該學(xué)科設(shè)計(jì)變量

13、、其它學(xué)科對(duì)該學(xué)科以該學(xué)科設(shè)計(jì)變量、其它學(xué)科對(duì)該學(xué)科的耦合狀態(tài)變量及系統(tǒng)的參數(shù)為輸入，的耦合狀態(tài)變量及系統(tǒng)的參數(shù)為輸入，根據(jù)某一個(gè)學(xué)科滿(mǎn)足的物理規(guī)律確定其根據(jù)某一個(gè)學(xué)科滿(mǎn)足的物理規(guī)律確定其物理特性的過(guò)程。物理特性的過(guò)程。23MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v學(xué)科分析也稱(chēng)子系統(tǒng)分析或子空間分析。學(xué)科分析也稱(chēng)子系統(tǒng)分析或子空間分析。設(shè)學(xué)科設(shè)學(xué)科i的狀態(tài)方程為：的狀態(tài)方程為： 則學(xué)科分析就是求解學(xué)科狀態(tài)方程：則學(xué)科分析就是求解學(xué)科狀態(tài)方程：(;,)0iiiijSX Xyy1( ,)(0;,)iiiijiiijCA X X ySX X yy24MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v系統(tǒng)分析（系統(tǒng)分析（Syst

14、em Analysis, SA）：對(duì)）：對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，給定一組設(shè)計(jì)變量，通過(guò)于整個(gè)系統(tǒng)，給定一組設(shè)計(jì)變量，通過(guò)求解系統(tǒng)的狀態(tài)方程得到系統(tǒng)狀態(tài)變量求解系統(tǒng)的狀態(tài)方程得到系統(tǒng)狀態(tài)變量的過(guò)程。由于耦合效應(yīng)，分析過(guò)程一般的過(guò)程。由于耦合效應(yīng)，分析過(guò)程一般需要多次迭代才能完成。需要多次迭代才能完成。12ny =SA(X,X ,X ,X )25MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v一致性設(shè)計(jì)（一致性設(shè)計(jì)（Consistent Design）：在）：在系統(tǒng)分析過(guò)程中，由設(shè)計(jì)變量及其相應(yīng)系統(tǒng)分析過(guò)程中，由設(shè)計(jì)變量及其相應(yīng)的滿(mǎn)足系統(tǒng)狀態(tài)方程的系統(tǒng)狀態(tài)變量組的滿(mǎn)足系統(tǒng)狀態(tài)方程的系統(tǒng)狀態(tài)變量組成的一個(gè)設(shè)計(jì)方案。成的一個(gè)設(shè)

15、計(jì)方案。v可行設(shè)計(jì)（可行設(shè)計(jì)（Feasible Design）：滿(mǎn)足所）：滿(mǎn)足所有設(shè)計(jì)要求或設(shè)計(jì)約束的一致性設(shè)計(jì)。有設(shè)計(jì)要求或設(shè)計(jì)約束的一致性設(shè)計(jì)。v最優(yōu)設(shè)計(jì)（最優(yōu)設(shè)計(jì)（Optimal Design）：使目標(biāo)）：使目標(biāo)函數(shù)最小或最大的可行設(shè)計(jì)。函數(shù)最小或最大的可行設(shè)計(jì)。26MDO的系統(tǒng)學(xué)描述的系統(tǒng)學(xué)描述v根據(jù)以上定義，可將根據(jù)以上定義，可將MDO問(wèn)題用數(shù)學(xué)形問(wèn)題用數(shù)學(xué)形式表示如下：式表示如下：12111222,(,),(,),(,)minnnnnX XXXff f X XyfX XyfX Xy(,)0iiih X Xy(,)0iiig X Xy111(,(,),(,),(,)0iiiijijj

16、ninnE X Xy yX XyyX XyyX Xys.t.( ,1,2, ;)i jn ij27國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展vMDO于于1980年代發(fā)展起來(lái)。奠基人是年代發(fā)展起來(lái)。奠基人是J. Sobieszczanski-Sobieski，其專(zhuān)長(zhǎng)是結(jié)構(gòu)，其專(zhuān)長(zhǎng)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化。1982年他在研究大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)年他在研究大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題求解的一篇論文中，首次提出了題求解的一篇論文中，首次提出了MDO的設(shè)想，后來(lái)提出基于敏度分析的的設(shè)想，后來(lái)提出基于敏度分析的MDO方法，引起了學(xué)術(shù)界極大關(guān)注。方法，引起了學(xué)術(shù)界極大關(guān)注。v由于飛行器系統(tǒng)日益復(fù)雜，航空航天領(lǐng)由于飛行器系統(tǒng)日益復(fù)雜，航空航天

17、領(lǐng)域最先開(kāi)展域最先開(kāi)展MDO研究和應(yīng)用。研究和應(yīng)用。28國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展v1986年，年，AIAA/NASA/USAF/OAI等等4家家機(jī)構(gòu)聯(lián)合召開(kāi)了第一屆機(jī)構(gòu)聯(lián)合召開(kāi)了第一屆“多學(xué)科分析與多學(xué)科分析與優(yōu)化優(yōu)化”專(zhuān)題研討會(huì)，以后每專(zhuān)題研討會(huì)，以后每2年一次。年一次。v1991年，年，AIAA成立專(zhuān)門(mén)的成立專(zhuān)門(mén)的MDO技術(shù)委技術(shù)委員會(huì)，標(biāo)志著員會(huì)，標(biāo)志著MDO作為一個(gè)新的研究領(lǐng)作為一個(gè)新的研究領(lǐng)域正式誕生。域正式誕生。v1994年，年，NASA在郎利研究中心正式成在郎利研究中心正式成立了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化分部（立了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化分部（ MDOB）。）。29國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展

18、研究進(jìn)展v1996年，年，Sobieski和和Haftka撰寫(xiě)了撰寫(xiě)了“航空航空航天領(lǐng)域中的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化研究綜述航天領(lǐng)域中的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化研究綜述”一文，對(duì)一文，對(duì)MDO的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧，的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧，為為MDO研究指明了方向。研究指明了方向。v同年，同年，AIAA組織以論文集形式出版了組織以論文集形式出版了“多學(xué)科設(shè)計(jì)研究最新進(jìn)展多學(xué)科設(shè)計(jì)研究最新進(jìn)展”一書(shū)，闡一書(shū)，闡述了述了MDO的概念、基本方法、學(xué)科發(fā)展、的概念、基本方法、學(xué)科發(fā)展、近似概念和應(yīng)用環(huán)境等內(nèi)容。近似概念和應(yīng)用環(huán)境等內(nèi)容。30國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展vMDO在美國(guó)大專(zhuān)院校也受到重視。美國(guó)在美國(guó)大專(zhuān)院校

19、也受到重視。美國(guó)在在1990年代初把年代初把“在多學(xué)科團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮在多學(xué)科團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮作用的能力作用的能力”確定為面向確定為面向21世紀(jì)的工科世紀(jì)的工科大學(xué)畢業(yè)生亟待培養(yǎng)與加強(qiáng)的能力，從大學(xué)畢業(yè)生亟待培養(yǎng)與加強(qiáng)的能力，從1991年起，佐治亞理工學(xué)院等大學(xué)開(kāi)始年起，佐治亞理工學(xué)院等大學(xué)開(kāi)始開(kāi)設(shè)這方面的課程。開(kāi)設(shè)這方面的課程。v1998年，年，“工程系統(tǒng)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化工程系統(tǒng)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化”列為美國(guó)研究生必修課程，目前，已有列為美國(guó)研究生必修課程，目前，已有50多所院校開(kāi)設(shè)了該課程多所院校開(kāi)設(shè)了該課程31國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展vMDO在工業(yè)界也得到應(yīng)用，在工業(yè)界也得到應(yīng)用，1998年年

20、AIAA的的MDO技術(shù)委員會(huì)就技術(shù)委員會(huì)就MDO在工業(yè)在工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)查，涉及到波音公司中的應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)查，涉及到波音公司的翼身融合飛機(jī)、旋翼飛行器的旋翼設(shè)的翼身融合飛機(jī)、旋翼飛行器的旋翼設(shè)計(jì)與優(yōu)化以及計(jì)與優(yōu)化以及F/A-18E/F飛機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，飛機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，洛洛馬公司的馬公司的F-22飛機(jī)結(jié)構(gòu)飛機(jī)結(jié)構(gòu)/氣動(dòng)一體化設(shè)氣動(dòng)一體化設(shè)計(jì)和計(jì)和F-16高敏捷高敏捷“戰(zhàn)隼戰(zhàn)隼”的多學(xué)科設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)與優(yōu)化，歐洲區(qū)域運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及與優(yōu)化，歐洲區(qū)域運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及以以A3XXX為研究對(duì)象的工作。為研究對(duì)象的工作。32國(guó)內(nèi)外國(guó)內(nèi)外MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展v目前，目前，MDO在國(guó)際上形成了研究熱

21、潮，在國(guó)際上形成了研究熱潮，除美國(guó)外，歐洲、俄羅斯、日本等國(guó)家除美國(guó)外，歐洲、俄羅斯、日本等國(guó)家都在進(jìn)行都在進(jìn)行MDO研究，范圍從航空航天領(lǐng)研究，范圍從航空航天領(lǐng)域擴(kuò)展到汽車(chē)、通信、運(yùn)輸、機(jī)械、醫(yī)域擴(kuò)展到汽車(chē)、通信、運(yùn)輸、機(jī)械、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域。療、建筑等領(lǐng)域。v包括北航在內(nèi)的我國(guó)多個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和設(shè)包括北航在內(nèi)的我國(guó)多個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)單位在計(jì)單位在MDO方面的研究也十分積極，方面的研究也十分積極，并取得了不少進(jìn)展。并取得了不少進(jìn)展。33美國(guó)的美國(guó)的MDO研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀v1991年，美國(guó)的年，美國(guó)的MDO白皮書(shū)明確提出：白皮書(shū)明確提出：MDO應(yīng)當(dāng)由政府部門(mén)、大學(xué)和工業(yè)界共應(yīng)當(dāng)由政府部門(mén)、大學(xué)和工

22、業(yè)界共同推動(dòng)。同推動(dòng)。v政府部門(mén)：政府部門(mén)：NASA的的MDOB，1994年年NASA認(rèn)為：航空航天對(duì)認(rèn)為：航空航天對(duì)MDO的研究和的研究和應(yīng)用有廣泛的興趣和支持，新的飛行器應(yīng)用有廣泛的興趣和支持，新的飛行器設(shè)計(jì)要在滿(mǎn)足性能要求前提下盡可能滿(mǎn)設(shè)計(jì)要在滿(mǎn)足性能要求前提下盡可能滿(mǎn)足可承受性，成本帶入設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)改變足可承受性，成本帶入設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)本質(zhì)。設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)本質(zhì)。34美國(guó)的美國(guó)的MDO研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀vMDOB已發(fā)起了已發(fā)起了10多項(xiàng)大型項(xiàng)目，如多項(xiàng)大型項(xiàng)目，如X-33噴管研究（噴管研究（19951998），高性能計(jì)算），高性能計(jì)算與通信計(jì)劃（與通信計(jì)劃（HPCCP,1995

23、2002），在），在該計(jì)劃下的該計(jì)劃下的HSCT系統(tǒng)研究，是飛行器系統(tǒng)研究，是飛行器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的MDO方法研究最深入最持久影響方法研究最深入最持久影響最大的項(xiàng)目。最大的項(xiàng)目。v屬于政府機(jī)構(gòu)的另一個(gè)部門(mén)是屬于政府機(jī)構(gòu)的另一個(gè)部門(mén)是AIAA的的MDO技術(shù)委員會(huì)。技術(shù)委員會(huì)。35美國(guó)的美國(guó)的MDO研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀v院校研究中心有：佐治亞理工學(xué)院航天院校研究中心有：佐治亞理工學(xué)院航天系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室(SSDL)和航空系統(tǒng)設(shè)計(jì)和航空系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室(ASDL)，斯坦福大學(xué)航空航天計(jì)，斯坦福大學(xué)航空航天計(jì)算實(shí)驗(yàn)室算實(shí)驗(yàn)室(ACL)和飛機(jī)氣動(dòng)與設(shè)計(jì)小組和飛機(jī)氣動(dòng)與設(shè)計(jì)小組(ADG)，弗吉尼亞

24、工學(xué)院與州立大學(xué)先，弗吉尼亞工學(xué)院與州立大學(xué)先進(jìn)飛行器多學(xué)科分析與設(shè)計(jì)中心進(jìn)飛行器多學(xué)科分析與設(shè)計(jì)中心(MAD) ，佛羅里達(dá)大學(xué)結(jié)構(gòu)與學(xué)科優(yōu)化小組等等。佛羅里達(dá)大學(xué)結(jié)構(gòu)與學(xué)科優(yōu)化小組等等。36美國(guó)的美國(guó)的MDO研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀v美國(guó)許多大型企業(yè)都積極開(kāi)展美國(guó)許多大型企業(yè)都積極開(kāi)展MDO運(yùn)用運(yùn)用研究，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期、研究，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期、節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)用。節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)用。v如波音公司、洛克西德如波音公司、洛克西德馬丁公司、通用馬丁公司、通用電氣公司等。電氣公司等。37俄羅斯的俄羅斯的MDO研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀v俄羅斯近年來(lái)發(fā)表了不少有關(guān)俄羅斯近年來(lái)發(fā)表了不少有關(guān)MDO的論的論文

25、，如俄羅斯空間科學(xué)研究院研制的文，如俄羅斯空間科學(xué)研究院研制的IOSO(Indirect Optimization on the basis of Self-Organization)，可用于求解各類(lèi)，可用于求解各類(lèi)MDO問(wèn)題問(wèn)題。v該算法將基于梯度的非線(xiàn)性規(guī)劃方法與該算法將基于梯度的非線(xiàn)性規(guī)劃方法與進(jìn)化式響應(yīng)面方法巧妙結(jié)合，可求解非進(jìn)化式響應(yīng)面方法巧妙結(jié)合，可求解非光滑、隨機(jī)、多目標(biāo)、混合變量等各類(lèi)光滑、隨機(jī)、多目標(biāo)、混合變量等各類(lèi)優(yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化問(wèn)題。3839俄羅斯的俄羅斯的MDO研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀vIOSO最先在俄羅斯航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)最先在俄羅斯航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用，然后逐步推廣到汽車(chē)業(yè)、

26、加工業(yè)、用，然后逐步推廣到汽車(chē)業(yè)、加工業(yè)、生物工程等各個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入商業(yè)化，向生物工程等各個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入商業(yè)化，向國(guó)際推廣。國(guó)際推廣。v俄羅斯對(duì)俄羅斯對(duì)MDO的理解：的理解： MDO就是將多就是將多級(jí)、多準(zhǔn)則與并行優(yōu)化技術(shù)緊密結(jié)合進(jìn)級(jí)、多準(zhǔn)則與并行優(yōu)化技術(shù)緊密結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)的手段，下圖就是對(duì)這種行設(shè)計(jì)的手段，下圖就是對(duì)這種MDO設(shè)設(shè)計(jì)方法的理解計(jì)方法的理解 。404142歐洲歐洲MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展v1996年，歐盟啟動(dòng)了年，歐盟啟動(dòng)了“MDO工程工程”，由，由空客牽頭，共空客牽頭，共10余個(gè)研究單位參加。其余個(gè)研究單位參加。其主要目標(biāo)包括：飛行器壽命周期的初步主要目標(biāo)包括：飛行器壽命周期的初步設(shè)

27、計(jì)階段的集成問(wèn)題，并行設(shè)計(jì)階段的集成問(wèn)題，并行MDO方法，方法，信息技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步融合。信息技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步融合。vMOB項(xiàng)目是歐盟正在進(jìn)行的大型分布式項(xiàng)目是歐盟正在進(jìn)行的大型分布式MDO項(xiàng)目，主要內(nèi)容為翼身融合體布局項(xiàng)目，主要內(nèi)容為翼身融合體布局的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化 。43其它國(guó)家其它國(guó)家MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展v日本大阪大學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程實(shí)驗(yàn)室日本大阪大學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程實(shí)驗(yàn)室(SDEL)，研究方向?yàn)槔糜?jì)算機(jī)支持發(fā)，研究方向?yàn)槔糜?jì)算機(jī)支持發(fā)展產(chǎn)品展產(chǎn)品MDO設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)方法。v韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的靈敏度分析與設(shè)計(jì)革新韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的靈敏度分析與設(shè)計(jì)革新實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室(SAND

28、I)，主要進(jìn)行靈敏度分析，主要進(jìn)行靈敏度分析方法、全局優(yōu)化等研究。方法、全局優(yōu)化等研究。v韓國(guó)韓國(guó)Konkuk大學(xué)氣動(dòng)設(shè)計(jì)與多學(xué)科設(shè)計(jì)大學(xué)氣動(dòng)設(shè)計(jì)與多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室(ADMOL)。44國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)MDO研究進(jìn)展研究進(jìn)展v國(guó)內(nèi)跟蹤國(guó)內(nèi)跟蹤MDO和研究和研究MDO的應(yīng)用已經(jīng)的應(yīng)用已經(jīng)有有10多年的時(shí)間了，取得了一些進(jìn)展，多年的時(shí)間了，取得了一些進(jìn)展，但用于工程項(xiàng)目還有一些問(wèn)題。但用于工程項(xiàng)目還有一些問(wèn)題。v北航、南航、西工大、國(guó)防科技大學(xué)、北航、南航、西工大、國(guó)防科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、大連鐵道學(xué)院、北西安電子科技大學(xué)、大連鐵道學(xué)院、北京工業(yè)大學(xué)、中科院的多家研究所等單京工業(yè)大學(xué)、中

29、科院的多家研究所等單位都在進(jìn)行位都在進(jìn)行MDO的研究。的研究。v工業(yè)部門(mén)也在逐步接受工業(yè)部門(mén)也在逐步接受MDO。iSight。45優(yōu)化方法優(yōu)化方法v經(jīng)典優(yōu)化方法（間接法、直接法）經(jīng)典優(yōu)化方法（間接法、直接法）v全局最優(yōu)化方法全局最優(yōu)化方法v現(xiàn)代優(yōu)化方法現(xiàn)代優(yōu)化方法（模擬退火、進(jìn)化算法、禁忌搜索算法）（模擬退火、進(jìn)化算法、禁忌搜索算法）v混合優(yōu)化策略混合優(yōu)化策略v多方法協(xié)作優(yōu)化方法（基本概念、若干多方法協(xié)作優(yōu)化方法（基本概念、若干性質(zhì)、實(shí)例、與混合優(yōu)化策略比較）性質(zhì)、實(shí)例、與混合優(yōu)化策略比較） 464748現(xiàn)代優(yōu)化算法現(xiàn)代優(yōu)化算法v現(xiàn)代優(yōu)化算法包括禁忌搜索現(xiàn)代優(yōu)化算法包括禁忌搜索(Taboo S

30、earch,TS)、模擬退火、模擬退火(Simulated Annealing, SA)、進(jìn)化算法、進(jìn)化算法(Evolution-ary Algorithms, EA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Net-works,NN)和拉格朗日松弛等算法。和拉格朗日松弛等算法。v這些算法涉及生物進(jìn)化、人工智能、數(shù)這些算法涉及生物進(jìn)化、人工智能、數(shù)學(xué)和物理科學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)等學(xué)和物理科學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)等概念，都是以一定的直觀基礎(chǔ)構(gòu)造的算概念，都是以一定的直觀基礎(chǔ)構(gòu)造的算法，也叫啟發(fā)式算法，有以下特性：法，也叫啟發(fā)式算法，有以下特性：49現(xiàn)代優(yōu)化算法現(xiàn)代優(yōu)化算法v與導(dǎo)數(shù)無(wú)關(guān)；與導(dǎo)數(shù)無(wú)關(guān)；v

31、直觀的思路；直觀的思路；v靈活性：對(duì)目標(biāo)函數(shù)的要求少；靈活性：對(duì)目標(biāo)函數(shù)的要求少；v應(yīng)用廣泛性：對(duì)設(shè)計(jì)空間，變量無(wú)苛刻應(yīng)用廣泛性：對(duì)設(shè)計(jì)空間，變量無(wú)苛刻要求，不要求連續(xù)；要求，不要求連續(xù)；v隨機(jī)性：確定下一步搜索方向是隨機(jī)的。隨機(jī)性：確定下一步搜索方向是隨機(jī)的。啟發(fā)式算法又稱(chēng)全局優(yōu)化算法。啟發(fā)式算法又稱(chēng)全局優(yōu)化算法。v難以解析：主要基于經(jīng)驗(yàn)研究。難以解析：主要基于經(jīng)驗(yàn)研究。505152535455565758飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化v飛機(jī)總體設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，飛機(jī)總體設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，如氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、涵蓋多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，如氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、

32、控制等。推進(jìn)、控制等。v對(duì)于其中任意一個(gè)學(xué)科，可以進(jìn)行計(jì)算對(duì)于其中任意一個(gè)學(xué)科，可以進(jìn)行計(jì)算分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算軟件。和計(jì)算軟件。v對(duì)飛機(jī)總體來(lái)說(shuō)，很難建立統(tǒng)一的分析對(duì)飛機(jī)總體來(lái)說(shuō)，很難建立統(tǒng)一的分析和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，只是學(xué)科簡(jiǎn)單組合。和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，只是學(xué)科簡(jiǎn)單組合。59飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化v飛機(jī)總體設(shè)計(jì)包含大量設(shè)計(jì)變量、性能飛機(jī)總體設(shè)計(jì)包含大量設(shè)計(jì)變量、性能狀態(tài)變量和約束方程，不同子系統(tǒng)模型狀態(tài)變量和約束方程，不同子系統(tǒng)模型之間相互交叉影響，其設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)之間相互交叉影響，其設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)變量的要求相互可能存在矛

33、盾。變量的要求相互可能存在矛盾。v借助借助MDO，設(shè)計(jì)人員能夠跨越需求分，設(shè)計(jì)人員能夠跨越需求分析、方案設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、仿真分析之析、方案設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、仿真分析之間的鴻溝，在概念設(shè)計(jì)階段完成飛機(jī)性間的鴻溝，在概念設(shè)計(jì)階段完成飛機(jī)性能優(yōu)化和效能評(píng)估，縮短設(shè)計(jì)周期。能優(yōu)化和效能評(píng)估，縮短設(shè)計(jì)周期。60飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化v我國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)人員也嘗試?yán)脙?yōu)化技術(shù)來(lái)改我國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)人員也嘗試?yán)脙?yōu)化技術(shù)來(lái)改善設(shè)計(jì)，但實(shí)踐中效果并不理想，主要有三善設(shè)計(jì)，但實(shí)踐中效果并不理想，主要有三方面原因：方面原因：v缺乏有效進(jìn)行飛機(jī)總體優(yōu)化的建模理論與優(yōu)缺乏有效進(jìn)行飛機(jī)總體優(yōu)化的建模理論與優(yōu)化策

34、略；化策略；v傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)造成各學(xué)科的人為分割；傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)造成各學(xué)科的人為分割；v各學(xué)科不斷細(xì)化的模型和成果并未在總體設(shè)各學(xué)科不斷細(xì)化的模型和成果并未在總體設(shè)計(jì)過(guò)程中得到充分利用。計(jì)過(guò)程中得到充分利用。61飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化飛機(jī)總體設(shè)計(jì)多學(xué)科優(yōu)化v進(jìn)行飛機(jī)總體的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，有利進(jìn)行飛機(jī)總體的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，有利于沖破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)框架與設(shè)計(jì)思想的束縛，于沖破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)框架與設(shè)計(jì)思想的束縛，基于現(xiàn)代信息技術(shù)和設(shè)計(jì)技術(shù)，引入數(shù)基于現(xiàn)代信息技術(shù)和設(shè)計(jì)技術(shù)，引入數(shù)字化設(shè)計(jì)流程，革新傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式與設(shè)字化設(shè)計(jì)流程，革新傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式與設(shè)計(jì)理念。計(jì)理念。v形成集設(shè)計(jì)、仿真、效能評(píng)估一體化的形成集設(shè)計(jì)、仿

35、真、效能評(píng)估一體化的設(shè)計(jì)體系，從而加快研發(fā)速度、提高設(shè)設(shè)計(jì)體系，從而加快研發(fā)速度、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和節(jié)省壽命周期費(fèi)用。計(jì)質(zhì)量和節(jié)省壽命周期費(fèi)用。62飛機(jī)總體設(shè)計(jì)模型飛機(jī)總體設(shè)計(jì)模型v飛機(jī)總體設(shè)計(jì)工作包括方案設(shè)計(jì)、總體飛機(jī)總體設(shè)計(jì)工作包括方案設(shè)計(jì)、總體參數(shù)設(shè)計(jì)、決策和優(yōu)化。參數(shù)設(shè)計(jì)、決策和優(yōu)化。v一般首先確定三個(gè)飛機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)：一般首先確定三個(gè)飛機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)：正常起飛重量、發(fā)動(dòng)機(jī)海平面靜推力、正常起飛重量、發(fā)動(dòng)機(jī)海平面靜推力、機(jī)翼面積；由這三個(gè)參數(shù)得到對(duì)飛機(jī)性機(jī)翼面積；由這三個(gè)參數(shù)得到對(duì)飛機(jī)性能有重大影響的推重比和翼載荷。能有重大影響的推重比和翼載荷。v對(duì)于一個(gè)典型的戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)，其各子系對(duì)于一個(gè)

36、典型的戰(zhàn)斗機(jī)系統(tǒng)，其各子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系如下圖。統(tǒng)之間的耦合關(guān)系如下圖。6364飛機(jī)總體設(shè)計(jì)模型飛機(jī)總體設(shè)計(jì)模型v飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中，一般將氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中，一般將氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、性能等單獨(dú)作為一個(gè)學(xué)科進(jìn)行分析和計(jì)性能等單獨(dú)作為一個(gè)學(xué)科進(jìn)行分析和計(jì)算，重量也作為一個(gè)單獨(dú)的學(xué)科進(jìn)行設(shè)算，重量也作為一個(gè)單獨(dú)的學(xué)科進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)。v同時(shí)推進(jìn)、航電、雷達(dá)、武器、起落架、同時(shí)推進(jìn)、航電、雷達(dá)、武器、起落架、機(jī)載系統(tǒng)等也可作為單獨(dú)學(xué)科進(jìn)行考慮機(jī)載系統(tǒng)等也可作為單獨(dú)學(xué)科進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)。和設(shè)計(jì)。v下面介紹其中四個(gè)典型學(xué)科。下面介紹其中四個(gè)典型學(xué)科。65推進(jìn)學(xué)科模型推進(jìn)學(xué)科模型v飛機(jī)設(shè)計(jì)與導(dǎo)彈設(shè)計(jì)不同，一般是

37、選用飛機(jī)設(shè)計(jì)與導(dǎo)彈設(shè)計(jì)不同，一般是選用發(fā)動(dòng)機(jī)，不設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)由專(zhuān)門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)，不設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)由專(zhuān)門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)生產(chǎn)。的發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)生產(chǎn)。v為保證飛機(jī)的性能要求進(jìn)一步優(yōu)化，可為保證飛機(jī)的性能要求進(jìn)一步優(yōu)化，可結(jié)合飛機(jī)的具體情況，開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)性能結(jié)合飛機(jī)的具體情況，開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)性能和重量分析，支持選擇更合適的發(fā)動(dòng)機(jī)。和重量分析，支持選擇更合適的發(fā)動(dòng)機(jī)。v這里推進(jìn)學(xué)科模型包括：發(fā)動(dòng)機(jī)性能模這里推進(jìn)學(xué)科模型包括：發(fā)動(dòng)機(jī)性能模型和發(fā)動(dòng)機(jī)重量模型。型和發(fā)動(dòng)機(jī)重量模型。66氣動(dòng)學(xué)科模型氣動(dòng)學(xué)科模型v飛機(jī)的升力、阻力特性是性能分析的重飛機(jī)的升力、阻力特性是性能分析的重要依據(jù)。設(shè)計(jì)方案能不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要

38、求，要依據(jù)。設(shè)計(jì)方案能不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，主要看飛行性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求。主要看飛行性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求。v本例主要利用半經(jīng)驗(yàn)的工程估算方法計(jì)本例主要利用半經(jīng)驗(yàn)的工程估算方法計(jì)算氣動(dòng)特性作為氣動(dòng)學(xué)科模型。算氣動(dòng)特性作為氣動(dòng)學(xué)科模型。v包括：升力特性估算和阻力特性估算兩包括：升力特性估算和阻力特性估算兩個(gè)模塊，主要計(jì)算升力線(xiàn)斜率、零升阻個(gè)模塊，主要計(jì)算升力線(xiàn)斜率、零升阻力系數(shù)和誘導(dǎo)（升致）阻力因子。力系數(shù)和誘導(dǎo)（升致）阻力因子。67重量學(xué)科模型重量學(xué)科模型v飛機(jī)的重量特性是飛機(jī)固有的特性，具飛機(jī)的重量特性是飛機(jī)固有的特性，具體指重量、重心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。體指重量、重心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。v飛機(jī)的重量由大量的各

39、類(lèi)零件、外購(gòu)件、飛機(jī)的重量由大量的各類(lèi)零件、外購(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)件和各種工作液體的重量組成。標(biāo)準(zhǔn)件和各種工作液體的重量組成。v在這里主要計(jì)算飛機(jī)的正常起飛重量，在這里主要計(jì)算飛機(jī)的正常起飛重量，或設(shè)計(jì)起飛總重?；蛟O(shè)計(jì)起飛總重。68飛行性能模型飛行性能模型v在飛機(jī)的初期設(shè)計(jì)階段，性能分析可用在飛機(jī)的初期設(shè)計(jì)階段，性能分析可用于飛機(jī)總體設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，并通過(guò)性于飛機(jī)總體設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，并通過(guò)性能分析檢查所設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)到已能分析檢查所設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)到已經(jīng)確定的設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)確定的設(shè)計(jì)指標(biāo)。v飛機(jī)性能指標(biāo)包括：飛行包線(xiàn)、機(jī)動(dòng)性飛機(jī)性能指標(biāo)包括：飛行包線(xiàn)、機(jī)動(dòng)性能、巡航性能、起飛著陸性能和任務(wù)剖能、巡航

40、性能、起飛著陸性能和任務(wù)剖面等。面等。69飛行包線(xiàn)飛行包線(xiàn)v飛行包線(xiàn)給出飛機(jī)的飛行高度和速度范飛行包線(xiàn)給出飛機(jī)的飛行高度和速度范圍，由飛機(jī)的任務(wù)使命確定。圍，由飛機(jī)的任務(wù)使命確定。v右邊界最大速度限制：考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、結(jié)右邊界最大速度限制：考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抖振或顫振、操縱性和安全性、構(gòu)強(qiáng)度、抖振或顫振、操縱性和安全性、氣動(dòng)加熱等原因，取其中最小值。氣動(dòng)加熱等原因，取其中最小值。v左邊界最小速度限制：考慮最大配平升左邊界最小速度限制：考慮最大配平升力、非指令性俯仰或偏航、抖振或結(jié)構(gòu)力、非指令性俯仰或偏航、抖振或結(jié)構(gòu)振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力限制等因素，取最大振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力限制等因素，取最大值值。70飛行包線(xiàn)飛行包線(xiàn)v最小機(jī)動(dòng)速度：采用最小機(jī)動(dòng)速度：采用1.2倍失速速度作為倍失速速度作為最小機(jī)動(dòng)速度。最小機(jī)動(dòng)速度。v上升高度限制：飛機(jī)的高度限制通常指上升高度限制：飛機(jī)的高度限制通常指升限，有理論升限和實(shí)用升限之分。飛升限，有理論升限和實(shí)用升限之分。飛機(jī)的升限取決于動(dòng)力裝置推力特性、使機(jī)的升限取決于動(dòng)力裝置推力特性、使用狀態(tài)、飛機(jī)氣動(dòng)力和重力特性。用狀態(tài)、飛機(jī)氣動(dòng)力和重力特性。71機(jī)