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运载火箭设计中多学科设计优化方法综述。 (英语) Zbl 1274.74002号

概述:运载火箭的优化设计是一个复杂的问题,需要使用称为多学科设计优化(MDO)方法的特定技术。MDO方法被应用于各个领域,是解决此类优化问题的一种有趣的策略。本文综述了不同的MDO方法及其在运载火箭设计中的应用。本文重点分析了运载火箭设计问题,并指出了在这一具体问题中主要MDO方法的优缺点。为了确定在运载火箭设计框架中最合适的方法,考虑了一些特征,如鲁棒性、计算成本、灵活性、收敛速度或实现难度,考虑到运载火箭设计问题的特殊性,提出了几种改进MDO方法的方法,以提高优化过程的效率。

MSC公司:

74-02 与可变形固体力学有关的研究展览会(专著、调查文章)
第74页第10页 固体力学中其他性质的优化
49N90型 最优控制和微分对策的应用
90C29型 多目标规划
90 C90 数学规划的应用
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Agte J(2005)一种用于将两级集成系统综合应用于多学科设计优化问题的工具。收件人:DGLR-2005-241,德国弗里德里希沙芬,德国航空航天大会
[2] Agte J、de Weck O、Sobieszczanski-Sobieski J、Arendsen P、Morris A、Spieck M(2009)《MDO:评估和发展方向——一个国际组织的意见》。结构多盘优化。doi:10.1007/s00158-009-0381-5
[3] Akhtar S,Linshu H(2005)液体燃料多级空间运载火箭基于仿真的优化策略。参加:第六届并行和分布式计算、应用和技术国际会议(PDCAT'05)。中国大连
[4] Akhtar S,Linshu H(2006)考虑节流效应的多级运载火箭支持向量回归驱动多学科设计优化。参加:美国航空航天协会第44届航空航天科学会议和展览。美国内华达州雷诺
[5] Alaya I,Solnon C,Ghedira K(2007)多目标优化问题的蚁群优化。第19届IEEE人工智能工具国际会议。希腊帕特拉斯
[6] Alexandrov N,Hussaini M(1995)多学科设计优化:最新进展。摘自:ICASE/NASA Langley多学科设计最优化研讨会论文集,SIAM论文集系列
[7] Alexandrov N,Lewis R(2000)MDO中问题公式的算法观点。参加:第八届AIAA/UASAF/NASA/ISSMO多学科分析研讨会;优化。美国加利福尼亚州长滩
[8] Allison J(2004)《复杂系统优化:分析目标级联、协同优化和其他公式的比较》。美国密歇根大学博士论文
[9] Allison J、Kokkolaras M、Zawislak M、Papalambros P(2005)《关于复杂系统设计中分析目标级联和协同优化的使用》。参加:第六届世界结构和多学科优化大会,5月30日至6月3日,巴西里约热内卢
[10] Altus T(2002)二级集成系统综合(BLISS)的响应面方法。NASA技术报告n{\(\deg\)}NASA/CR-2002-211652。美国国家航空航天局兰利研究中心
[11] Auroux D、Clément J、Hermetz J、Masmoudi M、Parte Y(2009)《艺术与新生力量合作趋势》。优化多学科环境。爱马仕科学,ISTE Wiley,伦敦
[12] Bäck T(1996)理论和实践中的进化算法。牛津大学出版社·Zbl 0877.68060号
[13] Balesdent M,Bérend N,DépincéP(2010a)使用分段MDO公式对一次性运载火箭进行优化设计。参加:第13届AIAA/ISSMO多学科分析和优化会议。美国德克萨斯州沃思堡AIAA-2010-9324
[14] Balesdent M,Bérend N,DépincéP,Chriette A(2010b)使用飞行阶段分解对多级运载火箭进行多学科设计优化。参加:第三届多学科设计优化与应用国际会议。法国巴黎
[15] Balling R,Sobieszczanski-Sobieski J(1994)耦合系统的优化:方法的关键概述。NASA/ICASE报告n{\(\deg\)}94-100·Zbl 0904.73038号
[16] Balling R,Wilkinson C(1997),对常见测试问题执行多学科设计优化方法。美国汽车协会J 35(1):178–186·Zbl 0890.73043号 ·数字对象标识代码:10.2514/2.7431
[17] Bayley D,Hartfield R(2007)使用遗传算法对空间运载火箭进行最小成本的设计优化。参加:第43届AIAA/ASME/SAE/ASEE联合推进会议和展览。美国俄亥俄州辛辛那提市AIAA-2007-5852
[18] Bayley D、Hartfield R、Burkhalter J、Jenkins R(2008)使用遗传算法对空间运载火箭进行设计优化。太空人火箭杂志45(4):733–740·数字对象标识代码:10.2514/1.35318
[19] Betts J(1998)轨迹优化数值方法综述。制导控制动力学杂志21(2):193–207·Zbl 1158.49303号 ·数字对象标识代码:10.2514/2.4231
[20] Boman E(1999)。优化中的不可行性和负曲率。博士论文,美国斯坦福大学
[21] Braun R(1996)《协作优化:大规模分布式设计的架构》。美国斯坦福大学博士论文
[22] Braun R,Kroo I(1995)多学科设计环境中协作优化体系结构的开发和应用。In:多学科设计优化:最新技术。SIAM,费城,第98–116页
[23] Braun R、Kroo I、Gage P(1993),航天飞行器设计中的后优化分析。参加:AIAA飞机设计、系统和操作会议。蒙特里,加利福尼亚州,美国
[24] Braun R、Kroo I、Lepsch R、Powell R、Stanley D(1995)运载火箭设计的两种多学科优化策略的比较。太空探索技术公司火箭32(3):404–410·doi:10.2514/3.26629
[25] Braun R、Moore A、Kroo I(1996),运载火箭设计中协同优化体系结构的使用。参加:第六届AIAA/USAF/NASA/ISSMO多学科分析和优化研讨会。美国华盛顿州贝尔维尤
[26] Briggs G、Ray T和Milthorpe J(2007a)。用于优化运载火箭堆模型的进化算法。参加:美国航空航天协会第45届航空航天科学会议和展览。美国内华达州里诺。AIAA-2007-364
[27] Briggs G,Ray T,Milthorpe J(2007b)澳大利亚中型运载火箭的优化设计。Innov系统软件工程2(3):105–116·文件编号:10.1007/s11334-007-0022-3
[28] Brown N,Olds J(2005)适用于可重复使用运载火箭的多学科优化(MDO)技术评估。地点:美国内华达州里诺市第43届AIAA航空航天科学会议和展览
[29] Brown N,Olds R(2006)适用于可重复使用运载火箭的多学科优化技术评估。太空人火箭杂志43:1289–1300·数字对象标识代码:10.2514/1.16577
[30] Bryson A(1999)动态优化。Addison-Wesley,门罗公园
[31] Bryson A,Ho Y-C(1975)应用最优控制:优化、估计和控制,修订印刷。泰勒(&T);弗朗西斯,莱维敦
[32] Castellini F、Lavagna M、Erf S(2008)利用全局优化算法对发射架结构和上升轨道进行并行优化。参加:第59届国际航天大会(IAC)。苏格兰格拉斯哥
[33] Clément J(2009)《优化多学科:前沿项目阶段的概念和应用》。法国空间研究所博士论文。法国图卢兹
[34] Coello C(1998)基于遗传算法的多目标优化技术的最新调查。技术报告RD-98-08。国家信息实验室(LNIA)。墨西哥韦拉克鲁斯沙拉帕
[35] Coello C(1999)基于进化的多目标优化的综合调查。知识信息系统1(3):129–137·doi:10.1007/BF03325096
[36] Cormier T,Scott A,Ledsinger L,McCormick D,Way D,Olds R(2000)概念RLV协同优化与传统设计技术的比较。收录:第八届AIAA/USAF/NASA/ISSMO多学科分析与优化研讨会。美国加利福尼亚州长滩
[37] Cramer E,Dennis J,Frank P,Lewis R,Shubin G(1994),《多学科优化问题公式》。SIAM J Optim公司4:754–776·兹伯利0818.65055 ·doi:10.1137/0804044
[38] Delatre N,Mongrard O(2007)《使用多学科优化设计一次性发射装置》。参加:第二届欧洲航空航天科学会议(EUCASS)。比利时布鲁塞尔
[39] DeMiguel A(2001)全局变量非凸优化问题的两种分解算法。美国斯坦福大学博士论文
[40] DeMiguel A,Murray W(2000)《协作优化方法分析》。参加:第八届AIAA/USAF/NASA/ISSMO多学科分析和优化研讨会。美国加利福尼亚州长滩
[41] Doerner K、Gutjahr W、Hartl W、Strauss R、Stummer C(2001)《多目标投资组合选择中的蚁群优化》。第四届元启发式国际会议。葡萄牙波尔图·Zbl 1116.90087号
[42] Dorigo M,Süzle T(2004)蚁群优化。麻省理工学院出版社,剑桥·邮编1092.90066
[43] Du X,Chen W(2002)多学科稳健设计的有效不确定性分析方法。美国汽车协会J 40(3):545–552·doi:10.2514/2.1681
[44] DurantéN,Dufour A,Pain V(2004),消耗品发射器设计的多学科分析和优化方法。参加:第十届AIAA/ISSMO多学科分析和优化会议。美国纽约州奥尔巴尼
[45] Filatyev A,Golikov A(2008)基于最大原理优化STS参数的复杂方法。参加:第59届国际航天大会(IAC)。苏格兰格拉斯哥
[46] Filatyev A、Golikov A、Shanygin A、Voityshen V(2009)发射器参数多学科优化的局部分布准则方法。《天文学报》65:584–590·doi:10.1016/j.actaastro.2009.01.042
[47] Fletcher R(1987)《实用优化方法》,第2版。威利,纽约·Zbl 0905.65002号
[48] Fonseca C,Fleming P(1993)《多目标优化的遗传算法:公式化、讨论和推广》。摘自:Forrest S(ed)第五届遗传算法国际会议。圣马特奥,加利福尼亚州,美国
[49] Gang C,Min X,Ziming W,Si-Lu C(2005)RLV再入弹道的多学科设计优化。行业:第13届AIAA/CIRA国际航天飞机和超音速系统与技术。意大利卡普亚
[50] Geethaikrishnan C,Mujumbar P,Sudhakar K,Adimurthy VV(2008)遗传算法引导梯度搜索用于运载火箭弹道优化。参加:国际航空航天科技会议。印度班加罗尔
[51] Gill P、Murray W、Wright M(1981)《实用优化》。学术,纽约
[52] Gill P、Murray W、Sainders M、Wright M(1986)NPSOL用户指南(4.0版):非线性编程的Fortran包。技术报告SOL 86-2。美国斯坦福大学
[53] Han J,Papalambros P(2010)关于无穷范数分析目标级联收敛性的注记。机械设计杂志132:034502·数字标识代码:10.1115/1.4001001
[54] Hargraves C,Paris S(1987)使用非线性规划和配置进行直接轨迹优化。制导控制动力学杂志10(4):338–342·Zbl 0634.65052号 ·doi:10.2514/3.20223
[55] Holland J(1975)《自然和人工系统的适应》。密歇根大学出版社,安娜堡·Zbl 0317.68006号
[56] Huang C,Bloebaum C(2004)多学科设计的多目标Pareto并行子空间优化。参加:美国航空航天协会第42届航空航天科学会议和展览。美国内华达州雷诺
[57] Jodei J、Ebrahimi M、Roshanian J(2006)小型固体推进剂运载火箭多学科系统设计优化的自动化方法。在:ISSCAA第一届航空航天系统与控制国际研讨会上。中国哈尔滨
[58] Jodei J、Ebrahimi M、Roshanian J(2009)使用系统灵敏度分析对小型固体推进剂运载火箭进行多学科设计优化。结构多盘Optim 38:93–100·doi:10.1007/s00158-008-0260-5
[59] Kalden O(2007)可重复使用运载火箭概念料斗的多学科设计和弹道优化。第三届空间技术最新进展国际会议。土耳其伊斯坦布尔
[60] Keane A,Nair P(2005)《航空航天设计的计算方法:追求卓越》。纽约威利
[61] Kim H(2001)优化系统设计中的目标级联。密歇根大学博士论文
[62] Kim H,Chen W,Wiecek M(2006)拉格朗日协调,用于增强分析目标级联的收敛性。美国汽车协会J 44(10):2197–2207·数字标识代码:10.2514/1.15326
[63] Kirkpatrick S、Gelatt C、Vecchi J(1983)《模拟退火优化》。科学,新系列220(4598):671-680·Zbl 1225.90162号
[64] Kodiyalam S(1998)多学科设计优化(MDO)方法评估,第1阶段。NASA/CR-1998-20716
[65] Kodiyalam S(2000)《多学科设计优化(MDO)方法评估》,第2阶段。美国国家航空航天局/CR-2000-210313
[66] Kroo I(2004)分布式多学科设计与协同优化。In:VKI多标准/多学科设计优化方法和工具系列讲座
[67] Kudryavtsev L(2001)隐函数。收录于:Hazewinkel M ed.数学百科全书。纽约州施普林格
[68] Kuratani N,Suzuki H,Goeklich RA(2005),空间运输系统的多学科优化。国际航天联合会第五十六届国际航天大会。日本福冈
[69] Laurent-Varin J、Bolanowski O、Cristiani E、Zidani H(2009),采用Hamilton–Jacobi–Bellman方法对发射装置进行弹道优化。参加:第三届欧洲航空航天科学会议。法国凡尔赛
[70] Ledsinger L,Olds J(2002)使用多学科设计优化技术优化Kistler K-1分支轨迹的解决方案。太空人火箭杂志39(3):420–429·数字对象标识代码:10.2514/2.3825
[71] Lee J-W、Choi Y-C、Byun Y-H(2005a)。使用多学科系统优化方法优化超音速空射火箭设计。韩国Soc航空航天科学杂志33:12
[72] Lee J-W,Jeon K-S,Byun Y-H,Kim S-J(2005b)使用改进的响应面方法进行最优空间发射器设计。在:计算机科学讲义,第3613/2005卷。柏林施普林格
[73] 刘欣,向A,刚T(1997)多级固体火箭优化的一种新的有效方法。参加:第33届AIAA/ASME/SAE/ASEE联合推进会议和展览。西雅图,华盛顿州,美国
[74] 罗毅,梁毅,周力(2004)系列运载火箭的多层次、多目标、多学科优化设计。参加:第55届国际航天大会。加拿大温哥华
[75] Martins J,Marriage C(2007)多学科设计优化的面向对象框架。参加:第三届AIAA多学科设计优化专家会议。美国夏威夷威基基
[76] Masmoudi M,Parte Y(2006),MDO的学科交互变量消除(DIVE)方法。在:欧洲计算流体动力学会议(ECCOMAS CFD)。荷兰Egmond aan Zee
[77] Masmoudi M,Parte Y,Hermetz J,Clement J(2008)DIVE:多学科优化的新方法。在:第五届欧洲应用科学计算方法大会(ECCOMAS)。意大利威尼斯
[78] Metropolis N、Rosenbluth A、Rosenbruth M、Teller A和Teller E(1953)快速计算机器的状态方程计算。化学物理杂志21:1087–1092·数字对象标识代码:10.1063/1.1699114
[79] Michelena N,Kim H,Papalambros P(1999)目标级联的系统分区和优化方法。摘自:第十二届国际工程设计会议论文集。德国慕尼黑
[80] Michelena N,Park H,Papalambros P(2003)分析目标级联的收敛性。美国汽车协会J 41(5):897–905·doi:10.2514/2.2025
[81] Moore A、Braun R、Powell R(1995)可重复使用运载火箭的最佳技术投资策略。参加:美国航空航天局空间项目和技术会议。美国亚利桑那州亨茨维尔
[82] Nocedal J,Wright S(2006)《数值优化》,第2版。柏林施普林格·Zbl 1104.65059号
[83] Olds J(1992)选定的多学科设计和优化技术对概念航空飞行器设计的适用性。在:第四届AIAA/USAF/NASA/OAI多学科分析与优化研讨会上。克利夫兰,俄亥俄州,美国
[84] Olds J(1994)系统灵敏度分析应用于双燃料火箭SSTO的概念设计。参加:第五届AIAA/NASA/USAF/ISSMO多学科分析与优化研讨会。巴拿马城市海滩,佛罗里达州,美国
[85] Olds J,Walberg G(1993)使用田口方法对基于火箭的联合循环SSTO运载火箭进行多学科设计。参加:AIAA/AHS/ASEE航空航天设计会议。美国加利福尼亚州欧文
[86] Pareto V(1971)《政治经济学手册》。A.M.Kelley,纽约
[87] Perez V,Renaud J,Watson L(2002)响应面近似构造的自适应实验设计。美国汽车协会J 40(12):2495–2503·数字对象标识代码:10.2514/2.1593
[88] Perrot L(2003)通过分解和协调轨迹优化问题优化可重复使用发射器。参加:第五届国际发射技术、空间发射器:任务、控制和航空电子会议。西班牙马德里
[89] Pontryagin L、Boltyansky V、Gamkrelidze R、Mischenko E(1962)《优化过程的数学理论》。Interscience,纽约
[90] Qu M、Gage P、Sohn J、Bradford J、Starr B(2004)两段式入轨运载火箭的通用运载器性能封闭模型。参加:美国航空航天协会第42届航空航天科学会议和展览。美国内华达州雷诺
[91] Rafique A,LinShu H,Zeeshan Q,Nisar K,Xiaowei W(2009a)空射卫星运载火箭多学科设计的混合优化方法。在:第45届AIAA/ASME/SAE/ASEE联合推进会议;展览:美国科罗拉多州丹佛
[92] Rafique A,LinShu H,Zeeshan Q,Nisar K,Xiaowei W(2009b)使用遗传算法的小型航天运载火箭集成系统设计。第45届AIAA/ASME/SAE/ASEE联合推进会议;展览:美国科罗拉多州丹佛
[93] Rahn M,Schöttle U(1994)吸气式运载火箭飞行性能和系统优化的分解算法。国际宇宙航行联合会第四十五届大会。耶路撒冷,以色列。IAF-94.A.2.018
[94] Renaud J,Gabriele G(1993)非分层系统优化中的改进协调。美国汽车协会J 31(12):2367–2373·Zbl 0800.73260号 ·doi:10.2514/3.11938年
[95] Renaud J,Gabriele G(1994)非层次系统优化中的近似。美国汽车协会J 32(1):198–205·Zbl 0800.73261号 ·doi:10.2514/3.11967年
[96] Rodriguez J、Renaud J、Watson L(1998)序列响应面逼近和优化的信赖域增广拉格朗日方法。机械设计杂志120:58–66·数字对象标识代码:10.1115/1.2826677
[97] Rodriguez J、Perez V、Padmanabhan D、Renaud J(2001)使用可变保真度响应面近似的顺序近似优化。结构多盘Optim 22(1):24–34·doi:10.1007/s001580100122
[98] Sellar R,Batill S(1996)使用梯度增强神经网络近似的并行子空间优化。参加:第六届美国国际航空航天局/美国宇航局/美国空军多学科分析与优化研讨会。美国华盛顿州贝尔维尤
[99] Sellar R、Batill S、Renaud J(1996),基于响应面的并行子空间优化,用于多学科系统设计。在:第34届美国航空航天协会航空航天科学会议和展览。美国内华达州雷诺
[100] Serafini P(1992)多目标优化问题的模拟退火。第十届多准则决策国际会议。台湾台北
[101] Sobieski I(1993)《多学科设计优化:定义尝试》。In:工业大学多学科飞机设计研讨会,第23-48页
[102] Sobieski I,Kroo I(2000)使用响应面估计进行协作优化。美国汽车协会J 38(10):1931–1938·数字对象标识代码:10.2514/2.847
[103] Sobieszczanski-Sobieski J(1988)《分解优化:从层次系统到非层次系统的一步》。NASA技术报告CP-3031
[104] Sobieszczanski-Sobieski J(1990)复杂内部耦合系统的灵敏度。AIAA J 28(1):153–160·数字对象标识代码:10.2514/3.10366
[105] Sobieszczanski-Sobieski J,Haftka R(1997)《多学科航空航天设计优化:最新发展综述》。结构优化(14):1–23
[106] Sobieszczanski-Sobieski J、Agte J、Sandusky R(1998)《双层集成系统综合》(BLISS)。NASA/TM-1998-208715
[107] Sobieszczanski-Sobieski J、Emiley M、Agte J、Sandusky R(2000)《双层集成系统综合(BLISS)的进展》。NASA/TM-2000-210305
[108] Sobieszczanski-Sobieski J、Altus T、Phillips M、Sandusky R(2003)《并行和分布式处理的双层集成系统综合》。AIAA J 41(10):1996-2003年·doi:10.2514/2.1889
[109] Tava M,Suzuki S(2002)再入飞行器形状和弹道的多学科设计优化。Trans-Jpn-Soc航空航天科学45(147):10–19·doi:10.2322/tjsass.45.10
[110] Tava M,Suzuki S(2003)空间运输系统及其轨道的综合多学科和多标准优化。国际宇宙航行联合会第54届国际航天大会。德国不来梅
[111] Tedford N,Martins J(2010)《多学科设计优化算法基准测试》。优化工程11:159–183·Zbl 1273.65090号 ·doi:10.1007/s11081-009-9082-6
[112] Tosserams S,Etman L,Rooda J(2009)基于公式结构的分布式系统优化方法分类。结构多盘优化·Zbl 1274.74432号
[113] Tosserams S、Kokkolaras M、Etman L、Rooda J(2010)分析目标级联的非层次化公式。机械设计杂志23:051002·Zbl 1274.74432号 ·数字对象标识代码:10.1115/1.4001346
[114] Tsuchiya T,Mori T(2002)未来太空运输工具的多学科设计优化。输入:AIAA-2002-5171
[115] Tsuchiya T,Mori T(2004)两级可重复使用火箭飞行器的优化概念设计,包括弹道优化。太空人火箭杂志41(5):770–778·数字对象标识代码:10.2514/1.1082
[116] Ulungu E,Teghem J,Fortemps P,Tuyttens D(1999)MOSA方法:解决多目标组合优化问题的工具。《多文种决策分析杂志》8:221–2396·Zbl 0935.90034号 ·doi:10.1002/(SICI)1099-1360(199907)8:4<221::AID-MCDA247>3.0.CO;2-O型
[117] Vanderplaats G(1999)《工程和设计的数值优化技术》,第3版。范德普拉茨研究;科罗拉多泉开发公司
[118] Villeneuve F,Mavris D(2005)运载火箭结构选择的新方法。行业:第13届AIAA/CIRA国际航天飞机和高超音速系统与技术。意大利卡普亚
[119] Wujek B、Renaud J、Batill S(1997)分布式计算环境中多学科设计的并行工程方法。收录:Alexandrov N,Hussaini MY(eds)《多学科设计优化:最新技术》。SIAM系列:应用数学学报,第80卷,第189-208页
[120] Wujek B,Renaud J,Batill S,Brockman J(1996)分布式计算环境中使用设计变量共享的并行子空间优化。协和工程4(4):361–377·doi:10.1177/1063293X9600400405
[121] Yokoyama N,Suzuki S,Tsuchiya T,Taguchi H,Kanda T(2005)考虑刚体特性的SSTO空间平面多学科设计优化。参加:美国航空航天协会第42届航空航天科学会议和展览。美国内华达州雷诺
[122] Yokoyama N,Suzuki S,Tsuchiya T,Taguchi H,Kanda T(2007)考虑刚体特性的SSTO空间飞机多学科设计优化。太空人火箭杂志44(1):121–131·doi:10.2514/1.19969
[123] Zitzler E(1999)《多目标优化的进化算法:方法和应用》。苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH)计算机科学系博士论文
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