复合材料无人机机翼布局的二级优化方法

玻璃钢/复合材料 ›› 2016, Vol. 0 ›› Issue (4): 31-35.

复合材料无人机机翼布局的二级优化方法

刘波,陆振玉^*,袁东明,马经纬

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033

收稿日期:2015-11-27 出版日期:2016-04-28 发布日期:2016-04-28
通讯作者: 陆振玉(1989-),男,硕士,研究实习员,主要研究方向为复合材料结构设计,luzhenyucumt@sina.com。
作者简介:刘波(1977-),男,博士,副研究员,主要研究方向为微机械系统研制、电机结构设计与分析
基金资助:
中国科学院国防科技创新重点部署项目 (Y45137F140)

LAYOUT OPTIMIZATION OF COMPOSITE UAV WING STRUCTURE BASEDON TWO-LEVEL OPTIMIZATION METHOD

LIU Bo, LU Zhen-yu^*, YUAN Dong-ming, MA Jing-wei

Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Science, Changchun 130033, China

Received:2015-11-27 Online:2016-04-28 Published:2016-04-28

摘要/Abstract

摘要： 为减轻复合材料无人机机翼的结构质量,利用MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN建立大展弦比机翼结构布局优化设计的二级优化方法:第一级以机翼的刚度为目标,采用响应面法对翼梁位置进行优化;第二级以机翼结构质量为目标函数,采用遗传算法对机翼各元件的铺层参数进行优化。通过对某型大展弦比无人机机翼进行结构布局优化设计,结果表明提出的大展弦比无人机机翼二级优化方法能够在满足强度、刚度性能设计要求的前提下,减轻约25%的结构质量,减重效果明显。

关键词: 复合材料, 无人机, 机翼, 二级优化, 响应面法, 遗传算法

Abstract: In order to reduce the weight of wing structure of composite unmanned aerial vehicle(UAV), a method of two-level optimization which uses MSC.PATRAN and MSC.NASTRAN is proposed in this paper. In the first level, a response surface method is used to optimize the location of the longitudinal wing spars. In the second level, a genetic algorithm is used to optimize the lay parameter of wing structure. As an example, a layout optimization of one type of high aspect-ratio wing structure is calculated. The result shows that about 25% weight of wing structure is reduced. It can be concluded that the two-level optimization method can significantly reduce the wing structure weight, which can satisfy the design requirements.

Key words: composite, UAV, wing, two-level optimization, response surface, genetic algorithm

中图分类号:

TB332

刘波,陆振玉,袁东明,马经纬. 复合材料无人机机翼布局的二级优化方法[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016, 0(4): 31-35.

LIU Bo, LU Zhen-yu, YUAN Dong-ming, MA Jing-wei. LAYOUT OPTIMIZATION OF COMPOSITE UAV WING STRUCTURE BASEDON TWO-LEVEL OPTIMIZATION METHOD[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2016, 0(4): 31-35.

参考文献

[1] 崔秀敏, 王维军, 方振平. 小型无人机发展现状及其相关问题分析[J]. 飞行力学, 2005, 23(1): 14-18.
[2] 杨乃斌, 章怡宁. 复合材料飞机结构设计[M]. 北京: 航空工业出版社, 2002: 2-10.
[3] 薛忠民. 中国玻璃钢/复合材料发展回顾与展望[J]. 玻璃钢/复合材料, 2015(1): 5-12.
[4] 杜善义. 先进复合材料与航空航天[J]. 复合材料学报, 2007, 24(1): 1-12.
[5] Riche R L, Haftkar R T. Optimization of laminate stacking sequence for buckling load maximization by genetic algorithm[J]. AIAA, 1993, 31: 951-956.
[6] 梁猛, 万志强. 轻质双尾撑布局无人机气动弹性建模与分析[R]. CARS, 2007: 25-28.
[7] 尹星研, 冯振宇, 卢翔. 基于MSC.Nastran的无人机复合材料机翼有限元分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2010 (1): 3-6.
[8] 王伟, 杨伟, 常楠. 大展弦比飞翼结构形状、尺寸综合优化设计[J]. 强度与环境, 2007, 34(5): 49-57.
[9] 罗明强, 冯昊成, 刘虎, 等. 机翼结构有限元的快速建模及自动化调整[J].北京航空航天大学学报, 2011, 37(6): 680-684.
[10] 舒恪晟, 金海波, 姜琬. 基于Patran二次开发的机身结构参数化建模[J].飞机设计, 2011, 31(2): 30-32.
[11] 韩伟, 何景武. 响应面法在机翼结构优化中的应用研究[J]. 飞机设计, 2013, 33(5): 6-11.
[12] Tuan L M, Jaehong L. Stacking sequense optimization for maximum strengths of laminated composite plates using genetic algorithm and isogeometric analysis[J]. Composite Structures, 2014, 116: 357-363.
[13] 罗志军, 乔新. 基于遗传算法的复合材料层压板固有频率的铺层顺序优化[J]. 复合材料学报, 1997, 14(4): 79-83.
[14] 晏飞, 李为吉. 基于自适应遗传算法的复合材料层合板铺层顺序优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2001, 19(1): 156-159.
[15] 丁玲, 孙辉, 贾宏光, 等. 应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮[J]. 光学精密工程, 2014, 22(12): 3272-3279.