飞机材料

科技论坛:

70年代

复合材料气动剪裁优化设计方法

美国通用动力公司开发的机翼气动弹性综合优化设计程序(TSO)

格鲁门公司开发的颤振和强度优化设计程序(FASTOP)

80年代

美国空军怀特实验室在1983年提出了开发自动化结构设计软件(Automated STRuctural Optimization System简称ASTROS)的计划

ASTROS系统是一个基于有限元的，能够为飞行器结构初步设计提供辅助设计功能的大型结构综合优化设计软件系统。它的最大特点在于多学科综合性，和飞行器结构设计有关的各个学科知识都可以被集成到这个系统中，比如结构的强度、刚度、稳定性、结构振动的频率、模态、气动弹性的颤振、发散、操纵效率等。在系统的统一控制下，结构设计可以同时考虑这些学科知识的设计要求，实现结构整体最优设计。经过十多年的发展，目前ASTROS已经成为美国航空宇航工业和科研院所进行结构综合优化设计和研究的标准程序洲

90年代

美国学者在对复合材料气动弹性研究的基础上，提出了主动气

动弹性机翼的概念(Active Aeroelastic Wing简称AAW)，试图利用复合材料结构的柔性，加入主动控制技术。

美国学者提出了多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization 简称MDO)思想，利用诸如遗传算法、神经网络和响应面法等非线性数值优化方法，开展了基于飞行器系统工程的设计优化，形成了诸如基于并行子空间的优化算法、并行子空间设计、协作优化算法等多学科设计优化方法，并将多学科设计优化方法应用于FIA-18和F-16战斗机的分系统设计。以FIA-18战斗机为基础，采用多学科设计优化技术重新设计机翼，在性能不变的条件下，结构重量只有原来的52%，扭转刚度可以降低40%。把多学科设计优化技术技术用于F-16战斗机机翼设计时，机翼外段刚度可降低25%，结构重量可降低20%，在高动压情况下，控制效能提高了10%。2001年

美国NASA提出了“变形飞机”设计概念。“变形飞机”是通过应用智能结构材料的传感器和作动装置，光滑而持续地改变机翼形状，对不断改变的飞行条件作出响应“变形飞机’，概念使得机翼不再是传统意义上的一个结构，而是一个在主动控制技术控制下的机构，因此它的分析方法将会更加复杂，和“变形飞机”相关的主动控制技术，大挠度柔性结构分析技术，智能材料结构设计技术、主动流场控制技术等新技术也将成为21世纪航空航天飞行器发展的关键技术。

国内相关著名学者和其相关著作

夏人伟教授，黄海教授从工程应用角度提出了基于包络函数和二级近似概念的优化算法。

王光远教授基于模糊优化理论提出了工程结构系统软设计理论。

陆金桂教授提出了基于遗传算法的结构优化设计方法。

余雄庆教授在MDO方面的研究工作促进了MDO方法在国内的发展。

戴全辉用模糊遗传优化方法对巡航导弹的隐身与气动综合优化进行了研究。

未来优化内容的扩展

飞机结构综合优化设计内容不仅要包含传统的结构、气动等设计内容，同时它还需要能和其它系统的分析方法相兼容，从整体上实现飞机结构的综合优化设计。

结构综合优化设计软件系统介绍

美国空军怀特实验室倡导发展的:

. TSO一通用动力公司;

. FASTOP一格鲁门公司;

. ASTROS-诺斯罗普公司。

. MSCINASTRAN-MSC公司

. 著名航空工业公司自行发展使用的:

. ELFINI一法国达索公司;

. LAGRANGE-MBB公司;

. ADOP一美国麦道公司:

. SAFDOP一中国沈阳飞机设计研究所。

中国CAE倡导发展的：

. YIDOYU一中国飞机强度研究所，成都飞机设计研究所，西安飞机设计研究所等;

. COMPASS一中国飞机强度研究所，成都飞机设计研究所，沈阳飞机设计研究所等

ASTROS系统介绍：