学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

最优化技术在直升机设计中的应用

作　者: 蔡杰
导　师: 张呈林
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 直升机倾转旋翼机优化设计多学科设计集成仿真与优化
分类号: V221
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 436次
引　用: 6次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文研究最优化设计技术在直升机和倾转旋翼机设计过程中的应用。重点研究直升机总体参数优化设计和倾转旋翼机旋翼桨叶气动与结构双学科优化设计问题,并进行了倾转旋翼桨叶多学科集成平台联合仿真设计研究。主要研究工作有: 1. 将最优化技术应用于直升机总体参数设计中,以重量效率作为目标函数,分别运用传统优化技术和遗传算法对直升机起飞总重、旋翼实度、桨盘载荷和桨尖速度为设计变量的直升机总体参数进行优化选择,并以直-8 型机为样例直升机,将优化计算结果与原准机和设计要求进行比较,证明了最优化技术应用于直升机总体参数设计的优越性和可行性。 2. 以桨叶涡系模型分析方法为基础,提出了一种基于遗传算法的倾转旋翼桨叶气动外形优化设计方法。该方法采用三次特征曲线来描述旋翼桨叶的弦长和扭转分布,并针对倾转旋翼机悬停和巡航状态两种不同飞行模式,经四步优化策略,得到既能满足悬停状态,又能满足前飞状态设计要求的倾转旋翼桨叶的弦长分布和扭转分布特性。通过与 XV-15 机型旋翼桨叶设计参数比较,该方法能较好的给出倾转旋翼机桨叶气动外形参数。 3. 以 iSIGHT 多学科优化集成仿真软件为设计平台,对 XV-15 倾转旋翼桨叶气动与结构动特性进行综合优化,并在 CAD/CAE 软件二次开发的基础上,对桨叶外形进行联合仿真与优化,得出旋翼桨叶外形参数及其质量刚度分布。通过与原型机进行比较,证明本文方法是行之有效的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
图表清单  8-10
符号注释表  10-12
第一章绪论  12-16
  1.1 直升机设计概述  12
  1.2 优化技术在直升机设计中的应用  12-13
  1.3 计算机辅助直升机设计技术的发展  13-14
  1.4 本文的主要研究工作  14-16
第二章直升机总体参数优化设计  16-30
  2.1 前言  16
  2.2 优化数学模型  16-18
    2.2.1 设计变量的选择  17
    2.2.2 设计约束的选择  17
    2.2.3 目标函数的选择  17-18
  2.2 直升机总体参数数学模型  18-20
    2.3.1 最大飞行速度  18-19
    2.3.2 悬停升限  19-20
    2.3.3 续航性能  20
    2.3.4 最大爬升率和使用升限  20
    2.3.5 重量关系式  20
  2.4 优化方法  20-26
    2.4.1 构造罚函数  20-21
    2.4.2 用单纯形法求解无约束的多元非线性规划  21-23
    2.4.3 用遗传算法求解无约束的多元非线性规划  23-26
  2.5 非线性规划求解  26-28
  2.6 优化算法比较  28
  2.7 本章小结  28-30
第三章基于遗传算法的倾转旋翼桨叶气动优化设计  30-44
  3.1 前言  30
  3.2 XV-15 倾转旋翼机及其旋翼桨叶特点介绍  30-32
    3.2.1 XV-15 倾转旋翼机特点  30-31
    3.2.2 倾转旋翼桨叶设计特点  31-32
  3.3 旋翼桨叶气动特性计算  32-37
    3.3.1 桨叶上诱导速度分布计算  32-34
    3.3.2 旋翼拉力及需用功率计算  34-36
    3.3.3 求解验证  36-37
  3.4 遗传算法在桨叶设计中的应用  37-40
  3.5 优化算例  40-42
  3.6 本章小结  42-44
第四章倾转旋翼桨叶CAD/CAE协同仿真与设计  44-61
  4.1 前言  44
  4.2 基于CATIA V5 的桨叶三维参数化几何外形设计  44-50
    4.2.1 CATIA 软件及其曲面功能简介  44-45
    4.2.2 基于CATIA CAA 的桨叶三维参数化外形设计  45-50
      4.2.2.1 VBA 程序设计描述  46-48
      4.2.2.2 CAA 对象调用关系  48-49
      4.2.2.3 曲面光顺性检查及曲面修行问题  49-50
  4.3 基于ANSYS 的桨叶有限元网格划分  50-56
    4.3.1 ANSYS 有限元分析软件及APDL 参数化语言  51
    4.3.2 基于APDL 的倾转旋翼桨叶参数化有限元分析  51-56
      4.3.2.1 旋翼桨叶柔性体模态中性文件的制作  52-56
  4.4 基于ADAMS 的桨叶结构动力学仿真分析  56-60
    4.4.1 ADAMS 动力学软件简介  56-57
    4.4.2 在ADAMS 中对桨叶模态中性文件进行检验  57-58
    4.4.3 在ADAMS 中对桨叶动力学简化模型进行仿真  58-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章倾转旋翼桨叶多学科优化设计  61-75
  5.1 前言  61
  5.2 多学科优化设计  61-64
    5.2.1 多学科优化设计的定义及内容  61-62
    5.2.2 多学科优化设计问题剖析  62-64
      5.2.2.1 复杂工程系统的分类  62-63
      5.2.2.2 多学科优化设计问题的表述  63
      5.2.2.3 多学科优化设计的难点  63-64
  5.3 倾转旋翼桨叶多学科优化设计  64-69
    5.3.1 倾转旋翼桨叶模型分析  64-65
      5.3.1.1 气动特性分析  64
      5.3.1.2 结构动特性分析  64-65
    5.3.2 倾转旋翼桨叶多学科优化设计方法  65-66
    5.3.3 倾转旋翼桨叶多学科优化设计模型  66-69
      5.3.3.1 设计问题描述  66-67
      5.3.3.2 桨叶多学科优化设计系统  67-69
  5.4 优化结果及分析  69-74
  5.5 本章小结  74-75
第六章结束语  75-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间发表的相关论文  78-79
参考文献  79-80

最优化技术在直升机设计中的应用

内容摘要

全文目录

相似论文