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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
现代飞机设计追求更好的飞行性能和更轻的结构，使得气动、结构和控制等多种学科之间的耦合不断趋于复杂，由此带来的气动弹性题目越来越突出。同时随着气动弹性学科的发展，气动弹性优化技术已经成为一种主动设计手段，贯穿于飞机设计的各个阶段。初步设计阶段是飞机设计过程中承前启后的重要阶段，此阶段设计中气动、结构和控制等学科耦合存在进一步的设计空间，也存在着多种不确定性因素，因此在进行气动弹性优化设计时，如能充分利用气动弹性优化和考虑不确定性因素对飞机特性的影响，可以大大提高飞机的总体性能和设计效率，充分发挥初步设计阶段承前启后的关键作用。针对飞机初步设计阶段气动弹性优化设计面临的方法体系、技术基础、实践应用等多方面的题目，本文开展了系统性的气动弹性优化设计方法研究。 本论文主要包括以下内容： （1）利用气动弹性优化技术充分考虑学科间耦合效应和多种不确定性因素对飞机设计的影响，以发挥初步设计阶段承前启后的作用。本文提出了一种针对机翼初步设计阶段的气动弹性分层优化方法：第一层次利用气动弹性优化技术充分考虑气动弹性约束对机翼进行气动外形与结构布局的综合优化设计，以机翼的平面参数、结构布局参数、结构尺寸参数和结构构型参数为设计变量对机翼进行气动弹性综合优化设计；第二层次基于第一层次优化所得机翼构型，进一步考虑气动载荷、结构参数和结构构型不确定性对机翼进行气动弹性鲁棒优化设计。 （2）建立了机翼气动外形与结构布局综合优化设计方法，本方法为机翼初步设计气动弹性分层优化的第一个层次，方法充分利用了气动弹性优化技术。以小展弦比三维机翼为研究对象，在保证机翼气动弹性性能不发生较大变化条件下，基于复合梁简化方法将三维机翼简化为二维平面结构，利用参数化建模技术实现了结构布局参数变化与机翼平面参数变化同步，优化时以机翼质量最小为目标，充分考虑了气动弹性约束，研究了机翼平面参数、结构布局参数、结构尺寸参数和结构构型参数变化对机翼特性的影响。基于本文所述的气动弹性综合优化设计方法，对纵向、横侧向严重载荷状态综合作用下的机翼气动外形和结构布局进行了综合优化设计，优化设计结果符合飞机设计准则，机翼的性能得到了提高，并研究分析了约束参数变化对优化结果的影响，验证了方法的可行性和有效性。 （3）发展了一种考虑气动载荷、结构参数和结构构型不确定性的气动弹性鲁棒优化方法，本方法为机翼初步设计气动弹性分层优化的第二个层次，进一步考虑多种不确定性对机翼进行气动弹性鲁棒优化。首先对严重载荷进行预测，利用序列二次规划法对严重载荷进行筛选，引入了气动载荷不确定性。基于严重设计载荷，以结构质量最小化为目标，以应力、翼尖变形和颤振速度为约束，针对小展弦比机翼开展了考虑气动载荷、结构参数和结构构型不确定性的气动弹性鲁棒优化设计，所得到的最优结构考虑了多种不确定性因素的影响，使得机翼在实际过程中遭遇这些不确定性因素时，仍可满足使用要求。 考虑不确定性因素影响得到的最优机翼结构质量大于未考虑不确定性因素得到的最优解质量，可知机翼在实际中遭遇到这些不确定性因素时，要保证机翼结构的可靠性、安全性以及原有性能，需要付出一定的重量代价。 本文对不同学科的不确定性因素对优化结果的影响进行了分析，结果显示单独考虑某学科的不确定性对机翼结构进行气动弹性鲁棒优化设计是不全面的，需要综合考虑多学科的不确定性对机翼结构进行鲁棒优化设计。 （4）发展了基于高阶面元法的气动弹性分析与优化方法。引入高阶刚体气动力能较准确地分析飞机气动弹性特性并能够用于考虑颤振、静气动弹性响应、结构静力学等多种气动弹性约束的优化设计过程。本文利用基于高阶面元法的静气动弹性分析方法和气动弹性优化方法分别对小展弦比飞机和机翼进行了气动弹性分析与优化设计，并将分析结果分别与基于低阶面元法、基于风洞试验气动力方法的分析与优化结果进行了对比，验证了方法的可行性和有效性。 本论文开展的研究工作具有工程背景强、涉及学科多、实用性强等特点，研究成果具有一定的工程意义和应用前景，在初步设计阶段能够为飞机气动弹性特性分析、气动弹性优化设计、总体设计和结构设计提供参考。 |
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发表于 2022-5-11 10:19:24
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