基于遗传算法的大展弦比复合材料机翼结构优化设计

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1、第6卷第1期2015年2月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGlNEERINGV01．6Feb．No．12015文章编号：1674—8190(2015)01110—06基于遗传算法的大展弦比复合材料机翼结构优化设计史旭东，陈亮，张碧辉，金延伟，欧忠明(中国航天空气动力技术研究院特种飞行器总体技术设计部，北京100074)摘要：结构减重是飞机设计的一个重要目标，采用复合材料代替金属材料以及对结构进行优化设计可以达到减重的效果。针对一个大展弦比复合材料机翼，采用遗传算法，通过Matlab调用Patran进行建模分析，以结构强度、刚度为约束条件

2、，同时对翼梁位置和复合材料铺层进行优化设计；根据实际工艺要求建立复合材料铺层库，以解决复合材料铺层变量过多的问题。结果表明：本文提出的优化方法有效，对工程设计有较大的指导意义；复合材料铺层库在其他涉及复合材料铺层优化的问题中也具有广泛的应用前景。关键词：遗传算法；复合材料；大展弦比；尺寸优化；铺层优化中图分类号：V224+．3文献标识码：AStructuralOptimizationDesignofHighAspectRatioCompositeWingBasedonGeneticAlgorithmShiXudong，ChenLiang，ZhangBihui，JinYanwei，Ou

3、Zhongming(GeneralDepartmentofSpecialAerialVehicle，ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics，Beijing100074，China)Abstract：Structurelighteningisoneofthemostimportanttargetsoftheaircraftdesign．Itcanberealizedbyapplyingthecompositematerialinsteadofthemetalandoptimizingthestructure．Anoptimizationdesignisd

4、oneforahighaspectratiocompositewing．Thedesignvariablesarethepositionofthesparsandthecompositelayup．ThetargetistOminimumtheweight．Theconstraintconditionsarethestructuralstrengthandstiffness．TheoptimizationisdonethroughgeneticalgorithmwithMatlabcallingPatran．ThecompositelayuplibraryisbuilttOsolve

5、theproblemthatthenumberofthecompositelayupvariablesistoohuge．Theresultshowsthatthisoptimizationmethodiseffectiveanditisusefulinengineeringdesign．Atthesametime，thecompositelayuplibraryalsocanbewidelyusedinotherworksrelatedwithcompositelayupoptimization．Keywords：geneticalgorithm；composite；highasp

6、ectratio；sizeoptimization；1ayupoptimization0引言飞机结构重量对飞机空重具有重要影响，在保证飞机性能的前提下，结构重量减轻1％，飞机空重可以减轻3％～5彬1

7、。应用复合材料是十分有效的减轻结构重量的方法，将复合材料应用于无人机结构一般可以将结构重量减轻25％～30％[23。收稿日期：2014—08—29；修回日期：2014—10-13通信作者：史旭东，shixudon9328@163．corn然而，目前复合材料大都应用于舵面、蒙皮等次结构上，在结构重量中所占比例不大，若想进一步减重，必须将其应用到机翼大梁等具有更高负载的主结构上‘3

8、。目前，

9、飞机结构设计过程中已经越来越多地应用了智能优化方法。其中，20世纪70年代由美国密执安大学教授J．H．Holland[43提出的遗传算法，模拟了自然界生物种群的自然选择过程，是目前被广泛研究的一种智能优化算法[5]。以该算法为基础，苟仲秋等[61对无人机机翼进行了结构尺寸优化，WanZhiqiang等口3研究了翼梁位置对机翼优第1期止旭尔等：艰于遗传算法的大展弦比复合材料机翼结构优化设计111化结果的影响，尊怡宁等引、修英姝等_¨对机翼复合材料铺层进行r优