[发明专利]一种面向柔性充气翼结构的气动剪裁优化设计方法

权利要求书

1.一种面向柔性充气翼结构的气动剪裁优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、选取全局优化变量，确定设计空间；

选取气梁斜掠角θ、充气内压p和膜材厚度t为全局优化变量；所述膜材厚度包括蒙皮厚度t₁、翼梢厚度t₂和拉带厚度t₃；并确定设计空间，即：

其中θ_min、θ_max、p_min、p_max、t_min、t_max分别为气梁斜掠角θ、充气内压p和膜材厚度t的上下边界，根据几何约束和物理含义确定；

步骤二、设计空间内采样；通过采样方法在设计空间内进行采样，获取用于训练构建代理模型的样本点输入；

步骤三、进行柔性充气翼结构参数化建模；以全局优化变量气梁斜掠角θ、充气内压p和膜材厚度t为输入，获取柔性充气翼结构几何模型；

步骤四、对步骤三获得的充气翼结构分别进行气动学科分析和结构学科分析；气动学科内，设置气动分析参数，所述参数包括湍流模型、边界条件、空速、攻角和迎风格式，通过气动仿真分析获取气动结果参数，气动结果参数包括气动载荷、升力系数C_L、阻力系数C_D和升阻比K＝C_L/C_D；同时，结构学科内，同样设置结构分析参数，所述参数包括边界条件和外力载荷，结构学科内加载的外力载荷即为气动学科分析获取的气动载荷，通过结构仿真分析获取结构结果参数，所述结构结果参数包括薄膜最大应力σ和褶皱面积S_M；

步骤五、构建联合优化目标函数；根据气动学科和结构学科分析结果，构建关于气动参数和结构参数的联合目标函数，用于作为代理模型的样本点输出；

根据气动学科和结构学科分析结果，联合目标函数具体如下：

优化过程以联合优化目标函数最大为优化目标，该优化目标同样用于作为代理模型的样本点输出；其中，K为气动学科升阻比，K₀为基准翼型在该工况下原始升阻比，S_W为结构学科获取褶皱区域面积，S₀为机翼展向总面积，要求褶皱区域不能超过机翼展向总面积的60%，λ₁、λ₂为气动和结构学科权重系数，取值范围为；

步骤六、训练构建代理模型，检验代理模型精度；以全局优化变量为样本点输入，以联合目标函数为样本点输出，训练构建柔性充气翼气动/结构多学科耦合构型优化代理模型，并进行精度校核；

步骤七、判断步骤六构建的代理模型是否满足精度要求；若满足，则执行步骤八；若不满足，则返回步骤二，增加样本点以提升代理模型精度，并重复步骤二至七，直至满足精度要求；

步骤八、进行系统优化；基于优化问题特点选取优化算法，明确优化设计变量、优化目标函数和约束条件，以步骤六构建的代理模型为基础进行系统优化；所述优化设计变量为全局优化变量；所述优化目标函数为联合目标函数；所述约束条件具体如下：

结构学科输出的膜材最大应力σ不应超过膜材最大许用应力σ_max；

步骤九、获取最优设计变量下的代理模型优化目标函数值和真实模型目标函数值，判断代理模型目标函数值和真实模型目标函数值之间的相对误差是否满足收敛条件；若满足，则执行步骤十；若不满足，则返回步骤二，将该最优设计变量和代理模型目标函数值作为新增样本点加入样本点集合，并重复步骤二至九，直至优化结果满足收敛条件；

步骤十、输出满足收敛条件的全局最优设计变量和全局最优变量对应条件下的真实模型目标函数值，获取基于气动剪裁思想的柔性充气翼结构最优构型。