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航发科普:当航空发动机设计遇到LOL

来源:网络 作者: 时间:2020-06-28

在今年的英雄联盟S8总决赛中,中国IG战队击败欧洲战队,成为开赛8年来中国夺得的第一个冠军,IG战队也当之无愧成为“英雄联盟”。

在今年的英雄联盟S8总决赛中,中国IG战队击败欧洲战队,成为开赛8年来中国夺得的第一个冠军,IG战队也当之无愧成为“英雄联盟”。

不仅游戏中有联盟,在航空发动机设计中也需要“联盟”——多学科设计优化(MDO)。

MDO是一种通过充分探索并利用工程系统中各学科间相互作用的协调机制来设计复杂系统和子系统的方法论。这个方法可以综合考虑各学科之间的耦合作用,利用现代多学科优化方法和优化算法来平衡各学科之间的冲突,找到整体最优解。

就好像在游戏中,热力、气动、结构、强度、振动、燃烧、传热、传动、控制、润滑、电气、工艺、材料、可靠性、维修性、保障性等众多学科代表的“英雄”组队成“英雄联盟”,共同完成航空发动机设计的光荣“使命”。

传统设计的局限性

传统的发动机设计方法是先在部分学科范围内进行孤立的单一学科优化,然后再校核其他学科的要求,没有考虑各学科之间的耦合作用,属于串行设计,而不是系统整体最优的方案,常常设计周期长、经济代价高。MDO的技术优势

为设计高性能的先进航空发动机,必须探索与采用新的设计方法。基于MDO技术的发动机一体化设计方法具有以下优点:

考虑学科间耦合设计,更加贴切问题的实质,高保真。

多学科综合优化设计,采用多目标机制平衡学科间影响,探索整体最优解,避免串行重复设计导致的人力、物理、财力浪费。

协同/并行设计,缩短设计周期。

MDO的实际应用

1991年,美国航空航天学会成立专门MDO技术委员会,发表了第一份MDO白皮书,标志着MDO作为一个新的研究领域正式诞生

空客公司利用MDO技术对A380机翼进行优化,使飞机起飞质量减轻了15900 kg。

空客公司利用MDO技术对A380机翼进行优化,使飞机起飞质量减轻了15900 kg。

GE公司利用MDO技术对GE90涡扇发动机进行改进设计,在保证性能的情况下使每台GE90发动机质量减轻113kg,成本降低25万美元。

GE公司利用MDO技术对GE90涡扇发动机进行改进设计,在保证性能的情况下使每台GE90发动机质量减轻113kg,成本降低25万美元。

波音公司在F/A-18E/F的改进,LMT公司在F-16、F-22飞机的设计中,都采用了MDO技术,大幅提高飞机的设计质量。

波音公司在F/A-18E/F的改进,LMT公司在F-16、F-22飞机的设计中,都采用了MDO技术,大幅提高飞机的设计质量。

MDO是一门新兴技术,其本身还在不断发展之中,未来,MDO技术的工程应用前景将十分广泛。

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