基于参数化几何建模的飞机结构制造成本与重量权衡方法
                                                    王海强，王〓敏，吴〓洋
                                   (中国商用飞机有限公司上海飞机设计研究院，上海〓201210)
    重量和制造成本是飞机结构重要却互相矛盾的设计目标，且飞机结构的重量与制造成本在设计初期就被基本确定。为了在结构设计初期就能权衡制造成本与重量，开发了一种用于权衡制造成本与重量的设计平台。该平台具有如下特征：几何建模模块化、结构有限元分析精细化、数据前后处理自动化。利用该平台对某公务机方向舵设计进行研究，结果证明平台可以支持分析不同结构布局对制造成本和重量的影响，通过在设计初期对制造成本和重量进行权衡，降低了方向舵结构的直接使用成本。

    传统结构设计方法是将重量作为优化目标，这种优化缺乏对制造成本的权衡，但是制造成本却决定着结构部件供应商的盈利能力。文献［1］~［5］展示了成本重量的权衡设计方法，但是这些设计方法往往具有以下缺点：缺乏几何建模的能力，不能涵盖整个设计空间；分析手段过于简单，没有结构有限元分析，不能或者不足以捕捉到新颖设计的物理特性；设计平台可拓展、可重用性较差，例如不能集成其他学科或只能针对某个飞机部件，而不能为其他类似部件所重用。为了克服以上缺点，基于参数化几何建模的飞机结构成本重量权衡方法需要满足以下要求：1）具有柔性模块化的几何建模能力，可以支持不同的结构布局，例如支持多种拓扑形式；2）能够支持结构有限元分析方法，结构分析模型的复杂度能够支持工程应用，进而获得可靠的结构分析结果；3）支持对设计参数敏感的制造成本估算方法，例如能够分析结构布局参数对制造成本的影响；4）能稳健地自动运行所需数据的前后处理工作，以支持成本重量的多学科设计优化。

1基于参数化几何建模的飞机结构制造成本与重量权衡方法
基于上述要求，笔者开发了一种多学科设计优化平台，该平台能够对飞机活动面（方向舵、升降舵、副翼、后缘襟翼）进行制造成本/重量的多目标优化，在后文中被称为飞机活动面设计工程引擎(movable design and engineering engine)。优化平台各模块的耦合关系如图1所示。飞机活动面设计工程引擎实际上是文献［6］所提出的设计工程引擎的一种。平台由以下模块组成。

1.1〓设计初始器
设计初始器提供活动面成本重量优化的初始设计点状态，例如制造工艺、初始的结构布局形式（梁肋的个数及位置）等。这些初始设计点状态是分析与优化流程所必需的输入。


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作者简介：王海强（1987—），男，安徽霍邱人，中国商用飞机有限公司上海飞机设计研究院工程师，博士，主要研究方向为飞机总体设计、多学科设计优化。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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