基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计

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1、2013年8月北京航空航天大学学报August2013第39卷第8期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．8基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计马树微杜斌陈万春(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：建立了类X一51A高超声速飞行器的多学科模型，包括外形、气动、推进、质量、热流、弹道等学科．采用多学科设计优化(MDO，MuhidisciplinaryDesignOptimization)方法中的协同优化(CO

2、，CollaborativeOptimization)进行了计算，计算流程中构建了两个子系统优化器与弹道学科的代理模型，使用代理模型替代了计算耗时的真实模型．同时为了对比，采用了多学科可行法(MDF，MuhidisciplinaryFeasibleMethod)进行了优化计算．结果表明，二者的优化结果基本一致，优化之后的飞行器质量比初始构型飞行器降低了15．2％，航程提升了63．5％，并且使用代理模型后计算效率也得到了很大的提升．验证了基于代理模型的协同优化方法应用于高超声速飞行器设计中的有效性．关键词：高超声

3、速飞行器；多学科设计优化；协同优化；代理模型中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)08．1042-06CollaborativeoptimizationofhypersonicvehiclebasedonsurrogatemodelMaShuweiDuBinChenWanchun(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：T

4、hemuhidisciplinarymodelsofhypersonicvehiclewhichsimilartotheX．51Awerebuilt，in．cludingconfiguration，aerodynamics，propulsion，mass，heatandtrajectory．Thecollaborativeoptimization(CO)methodwhichisoneofthemuhidisciplinarydesignoptimization(MDO)methodwasused，theSUI

5、TO．gatemodelsoftwosubsystemoptimizersandtrajectorymodelwerebuilttoreplacetherealmodelswhicharetime‘consumingintheprocess。Meanwhile，multidisciplinaryfeasible(MDF)methodwasusedtocalculateforcomparison．Theresultsshowthatboththeoptimizationresultsarebasicallythe

6、same．themassoftheve．hicleis15．2％lowerandtherangeis63．5％higherthantheinitialvehicleafteroptimization．andthecompu．tationalefficiencyhasalsobeengreatlyimprovedbyusingthesurrogatemodels．ThevalidityoftheCObasedonsurrogatemodelapplyingtohypersonicvehicledesignisve

7、rified．Keywords：hypersonicvehicle；muhidiseiplinarydesignoptimization；collaborativeoptimization；SUlTO．gatemodel高超声速飞行器通常是指以吸气式发动机为动力(常采用超燃冲压发动机)，并且飞行马赫数大于5的一类先进空天飞行器．这种飞行器通常采用机身／发动机一体化设计，使得学科耦合强烈．传统单一学科的设计方法很难协调不同学科间的设计与优化，难以满足整体设计的需求．MDO(MultidisciplinaryDes

8、ignOptimization)方法充分考虑多个学科及它们之间的耦合，协调各学科间的设计优化使得整体性能最优．文献[1]对一种吸气式的高超声速巡航导弹收稿13期：2013--01-22；网络出版时间：2013-08-0810：54网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20130808．1054．001基金项目：航天支撑技术基金资助项目(20