基于广义灵敏度分析的多学科设计优化方法研究

多学科设计优化（MDO）方法是近年来在国外兴起的一种新的设计方法，目前已在航空航天、汽车制造、机械设计、电子、通信、化工生产等诸多领域的工程系统设计与优化过程中得到了成功应用。本项目从我国MDO研究的实际需求出发，针对现有灵敏度分析方法中存在的计算效率低、精度低、获取离散变量灵敏度信息困难等问题，充分结合工程系统设计与优化问题的特点，采用理论分析和仿真验证相结合的方法，对MDO中的灵敏度分析、近似策略、搜索策略和优化过程等关键技术进行深入研究，项目预期将建立计算效率高、精度高、适合计算离散/连续变量灵敏度信息的广义灵敏度分析方法，并以该方法为基础，逐步构建出适用面广、计算效率高的工程系统MDO优化过程，形成一个较为先进的多学科集成优化设计开发平台。项目研究具有较强的理论意义和实际应用价值，可进一步丰富和发展MDO方法，可为MDO方法在复杂工程系统优化中的应用提供科学依据。

飞行器总体设计涉及众多学科，且各学科间相互耦合，由此引起的飞行器系统分析的计算复杂性和各学科间的通讯复杂性，使得飞行器总体设计过程十分复杂。为挖掘设计潜力，提高设计质量，多学科设计优化（MDO）方法得到了极大重视。结合我国飞行器MDO研究的实际需求，本项目拟针对现有灵敏度分析方法中存在的计算效率低、精度低、获取离散变量灵敏度信息困难等问题，充分结合工程系统设计与优化问题的特点，采用理论分析和仿真验证相结合的方法，重点研究了MDO中的灵敏度分析技术，并以此为基础，完成了研究近似策略、搜索策略和优化过程等关键技术的研究。通过项目研究，提出了适合连续/离散变量的广义灵敏度概念，可解决MDO中离散变量的灵敏度分析问题，并结合学科广义灵敏度，研究了系统灵敏度分析方法。以广义灵敏度分析技术为基础，项目实现了基于改进的完全两点信息近似的累积近似策略，该策略可以在保证近似精度的前提下，减小计算量，且易于工程实现。以广义灵敏度分析技术为基础，项目实现了混合变量优化算法，该算法可高效完成离散/连续混合变量优化问题。此外，以广义灵敏度分析技术、前述的近似策略和搜索策略为基础，项目还完成了对并行子空间优化过程、二级系统一体化合成优98过程以及二级系统一体化合成优化2000过程的分析及改进方案研究，构建出适用面广、计算效率高的工程系统MDO 优化过程。项目取得的成果进一步丰富和发展了MDO方法，为MDO方法在复杂工程系统优化中的应用提供科学依据。