机翼设计中，气动/结构/燃油/推进/重量（质量）/控制各学科相互影响。其中，气动/结构之间的影响尤为重要。对于运输类飞机来说，由于其大展弦比的特征，机翼在气动力的作用下会产生较大的弯曲和扭转变形，这样的变形会使机翼气动性能发生很大变化，而且还会产生颤振，即机翼静/动气动弹性问题。在传统的飞机设计中，并未在初步设计阶段充分考虑气动弹性问题，难以得到最优设计。在这样的背景下，本文拟以运输机机翼为研究目标，发展初步设计阶段的机翼气动/结构优化设计方法，采用基于Kriging代理模型[1～4]的优化方法，在巡航状态下，对运输机机翼进行单点优化设计。

1 优化设计方法

本次运输机机翼气动/结构优化设计采用基于Kriging代理模型的优化框架，设计变量包括机翼外形参数和主要结构尺寸参数；约束条件为：机翼面积、最大升力、机翼最大变形、机翼最大应力；在目标函数的设置中，结构和气动学科分别选取机翼重量和升阻比为优化设计目标（机翼结构重量最小化，升阻比最大化）。

多目标优化设计采用拉丁超立方生成初始样本点，输入样本点对应的机翼结构形状进行气动弹性分析。随后，根据所有的样本点及其气弹计算的响应值建立Kriging代理模型，使用遗传算法寻优，反复迭代直至达到最大样本点，最终求出Pareto解集[5，6]，如图1所示。

在这期间，黄菊同志亲自听取了方案汇报，指出了方案进一步优化的三个结合原则，按此原则，我们最终综合形成了陆家嘴金融商贸区的形态规划方案。

  

图1 代理模型优化设计流程Fig.1 Optimization procedure with surrogate model

2 优化设计

2.1 气动模型

本次研究气动学科采用全速势方程加黏性修正的方法进行翼身组合体气动特性分析。针对高亚声速运输机机翼的初步设计选取的设计参数如下：巡航高度10000m，设计起飞总重54t，巡航速度Ma0.76，机翼参考面积105m2，使用内外两段式机翼结构[7]。优化设计中既考虑了机翼表面气动力对结构变形产生的影响，也考虑了机翼结构变形对其表面气动力分布的影响。为使机翼设计更接近实际情况，选取了翼身组合体作为气动学科分析对象，这样就可以将机身对机翼的气动干扰考虑进来。如图2所示，x、y、z为机身坐标系，x向为机体轴向，z向为翼展方向，y根据右手规则确定。

  

图2 翼身组合体示意图Fig.2 Wing-body combination diagram

本次优化设计采用超临界翼型，从翼根到翼尖配置了8个不同的翼型，图3给出了内外翼对接处和翼尖的翼型。

  

图3 机翼不同位置处翼型外形示意图Fig.3 Airfoil at different wing locations diagram

2.2 结构模型

他还倡导青年走与工农相结合的成长道路，广大青年应当投身于工农运动之中，坚持理论与实践的统一；我国的农村也需要广大青年的建设，要改变落后的农村状况，需要青年知识分子的知识与技术引领。他说：“青年常在都市中混的，都成了鬼蜮；农村中绝不见知识阶级的足迹，也就成了地狱。”[2]650而且，李大钊还高度重视培养青年的健全人格，认为青年要在社会变革中发挥出自己的积极作用，必须树立起正确的人生价值观来指引自己的未来发展道路。

根据以上分析，本文选取双梁单块式机翼结构布局，前梁布置在机翼弦向20%的位置，后梁布置在弦向60%的位置，前、后梁均为工字梁，梁的上、下缘条及长桁压入机翼蒙皮为增大机翼内部空间放置起落架，后梁在机翼内段有转折；沿翼展方向共有21根翼肋；上、下蒙皮均采用壳单元。机翼结构如图4所示。气动/结构计算中，通过多点挑载荷转换方法[8]将气动力载荷施加到结构网格上。

  

图4 机翼结构示意图Fig.4 Wing structure diagram

机翼的材料选择为铝合金Ly12[9]，其性能参数见表1。

 

表1 机翼结构材料属性Table 1 Properties of wing materials

  

材料 弹性模量/Pa 泊松比 σb/Pa Ly12 72×109 0.3 0.412×109

2.3 机翼优化设计模型

在实际的飞机设计中，设计者希望能通过多目标优化设计给出一个优化解集，即Pareto解集[10]，使设计者能对可能的设计方案有全面的认识，以便更好地进行权衡和折中，提高设计效率。

为减少加固处理过程中对原结构的影响，已有槽身裂缝处理采用沿缝贴灌浆盒，缝内灌注改性环氧灌浆填充，缝面涂层封闭处理。主要施工流程：检査定位、沿缝贴灌浆盒、封闭缝面、灌浆填充、缝面封闭。

辽宁，作为我国东北的门户，与祖国母亲经历了同样的血雨腥风，饱受了海外敌寇的凌辱与蹂躏。甲午海战在这里爆发，日俄战争在这里交火；西方列强在这里投资设港以获取物资，东方倭寇在这里掘地开山以掠夺矿藏。丰饶的黑土地承载了辽宁屈辱的历史，也记录了辽宁人民在逐渐沦为半殖民地半封建社会后的反抗与挣扎，他们为自由与自尊所进行的前仆后继、可歌可泣的斗争，进行的千方百计、各种各样的尝试，所展现出来的接续奋斗的精神，牢牢地镌刻在中华民族的历史丰碑上。

 

表2 设计变量取值范围Table 2 Number range of design parameters

  

设计变量 符号 下限 上限展长/m b 26 34梢根比 λ 0.2 0.4扭转角/（°） θ -3 -1前缘后掠角/（°） Λ 25 35前梁腹板厚度/mm TFS 4 8后梁腹板厚度/mm TBS 4 8下蒙皮厚度/mm TLS 4 12上蒙皮厚度/mm TUS 4 12

（1）强度：通过Ansys有限元仿真计算，机翼结构最大应力σmax≤412000000/1.5。考虑1.5的安全系数。

（1）升力：飞机设计总重54t，则在巡航状态下机翼必须提供可以平衡重量的升力，即L≥54tf（1tf≈9.8kN）。

运输机机翼一般采用单块式机翼结构，有助于提高结构承弯、扭的效率，而且对提高蒙皮局部刚度、保证气动外形及改善气弹特性都是有利的。

（2）机翼面积：机翼参考面积为105m2，为防止翼载发生较大变化，设计产生的机翼面积不能过多地偏离该参考值，因此，本文设置的面积偏差为±5m2，即100m2≤Swing≤110 m2。

（2）刚度：通过Ansys有限元分析，机翼最大变形δmax≤1m。

末次治疗结束后第3个月，观察两组mMRC分级、CAT评分、CCQ评分，根据评价标准计算积分并记录，同时对随访期间出现的不良反应进行记录。

按照本文机翼的基本设计要求，气动学科约束条件如下：

当核函数K(x,y)确定，则通过式（4）和（5）计算可得到BTB和BTϕ(y)，则核稀疏表示方程（3）可以直接用稀疏表示方程的求解方法进行求解。

本次优化设计共包括8个设计变量，分别为4个外形尺寸参数和4个结构尺寸参数，对同等规格的民用飞机进行统计后确定设计变量的取值范围见表2。

本文对翼身组合体的机翼进行设计，选取翼身组合体进行气动分析，结构学科则只需分析根部固支的机翼结构。机身长度、整流包的位置及机身数据都不变，因此机翼相对与机身的位置和翼根弦长也保持不变。考虑到起落架收放和发动机吊装等因素，机翼内段长度保持不变，翼肋厚度设定为2mm。

结构学科的约束条件如下：

在多目标优化设计中，重量和升阻比各为目标函数，用式（1）和式（2）表示，通过优化设计会得出一个最优方案解集：

 

2.4 优化设计结果

本次优化设计选取100个初始样本点，最大样本点数为300，遗传算法最大代数400代，种群规模50，交叉概率0.9，变异概率0.125。循环200次达到最大样本点数，优化结束。求得Pareto解集如图5所示。

  

图5 多目标优化设计结果Fig.5 Result of multi-objective optimization

通过图5并结合表3、表4可以发现，Pareto解集前半段斜率很大，随着重量的增加升阻比增加很快，当升阻比超过27时，Pareto前缘斜率显著减小，随着重量增加升阻比增长缓慢。这主要是由于当升阻比超过27继续增长时，翼展势必增加，机翼变形和扭转进一步加剧，而要维持机翼的形状、获得更好的气动特性，就要增加更多的结构尺寸来满足更加苛刻的结构变形要求。这一特点符合结构、气动学科的基本规律，结果是合理的。（表4中，1kgf≈9.8N）

 

表3 Pareto解集解Pareto-1、Pareto-2对应的设计变量Table 3 Design parameters value of Pareto-1 and Pareto-2

  

b/m λ θ/（°） Λ/（°） TFS/mm TBS/mm TLS/mm TUS/mm Pareto-1 30.3 0.2 -1 27.9 4.00 4.82 4.00 4.00 Pareto-2 33.4 0.2 -1 29.6 4.00 5.23 5.65 11.99

 

表4 Pareto解集解Pareto-1、Pareto-2对应的响应Table 4 Response value of Pareto-1 and Pareto-2

  

L/（103/kgf） Swing/m2 σmax/109Pa δmax/m 重量/kg L/D Pareto-1 54.36 106.24 0.244 0.90 1497 26.93 Pareto-2 56.91 110.06 0.172 0.91 3036 28.51

Pareto-1及Pareto-2对应的机翼表面压力分布图如图6所示。两个机翼均达到了超临界机翼的设计要求，Pareto-1的机翼表面压力分布比Pareto-2更光滑一些，这主要是因为Pareto-2对应的机翼翼展更长、后掠角更大，机翼的变形和扭转更严重，所以其压力分布不如Pareto-1光滑。Pareto-1及Pareto-2对应的机翼表面局部压力分布不均匀主要是由局部蒙皮不光滑造成的。（Cp为压力系数）

  

图6 Pareto-1、Pareto-2对应的机翼表面压力分布Fig.6 Wing surface pressure distribution of Pareto-1 and Pareto-2

Pareto-1及Pareto-2对应的机翼结构应力云图如图7所示。通过对比Pareto-1及Pareto-2的结构应力云图发现，Pareto-1的应力明显大于Pareto-2，这主要是由于Pareto-2的结构重量大，蒙皮、梁等结构的厚度较大；但Pareto-2的翼展较大，所以Pareto-1及Pareto-2的翼尖最大变形接近。

  

图7 Pareto-1、Pareto-2对应的机翼结构应力云图Fig.7 Stress nephogram of wing structure of Pareto-1 and Pareto-2

3 结束语

本文以机翼重量和升阻比作为目标函数对运输机机翼进行了多目标优化设计，从而得到一个优化解集。初步验证了本文所述方法的有效性，可以为设计者在权衡利弊、综合各方面性能时提供更多的选择。

洞庭湖水污染及富营养化的主要原因是向河道排放的各种污染物。据调查，洞庭湖区曾有工业污染源l803个其中重大污染源l41个，湖区年排废水量、农药年施用量数字惊人。这些排污导致重大污染，湖区野生动植物和调蓄功能急剧下降。

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[2]Han Z H. Improving adjoint-based aerodynamic optimization via gradient-enhanced Kriging[R]. AIAA ， 2012.

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