本發(fā)明涉及一種基于不確定優(yōu)化的飛行器結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)，屬于不確定性多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

不確定性多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)因內(nèi)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕芈诽匦栽斐刹淮_定性分析計(jì)算復(fù)雜且計(jì)算量較大，不確定性在多個(gè)學(xué)科子系統(tǒng)中耦合傳播，使得基于不確定性多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用成為一個(gè)具有較大挑戰(zhàn)性的課題。

現(xiàn)階段，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不確定性結(jié)構(gòu)功能優(yōu)化設(shè)計(jì)大多通過(guò)在通用性的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境中集成所需軟件和算法實(shí)現(xiàn)。

多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境是指按照多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，將分布在各個(gè)計(jì)算機(jī)上各學(xué)科的分析模型或優(yōu)化模型集成起來(lái)的設(shè)計(jì)計(jì)算環(huán)境。實(shí)施集成有兩種技術(shù)路線：(a)通過(guò)采用分布式計(jì)算技術(shù)；(b)應(yīng)用商用集成軟件。在多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，分布式計(jì)算主要采用CORBA和Java技術(shù)。CORBA是一個(gè)面向?qū)ο蟮姆植际接?jì)算平臺(tái)，它允許不同的程序之間可以透明地進(jìn)行互操作，建立異構(gòu)分布應(yīng)用系統(tǒng)。NASA在為高速民機(jī)總體設(shè)計(jì)開發(fā)的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用了CORBA技術(shù)集成各學(xué)科的分析模型，波音公司開發(fā)的MDOPT系統(tǒng)和歐洲開發(fā)的CDE系統(tǒng)也采用了CORBA技術(shù)。Java是一個(gè)應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)，它提供面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言和運(yùn)行環(huán)境，其本質(zhì)就是利用分布在網(wǎng)絡(luò)中的各類對(duì)象共同完成相應(yīng)的任務(wù)。Java中遠(yuǎn)程方法調(diào)用RMI使分布在網(wǎng)絡(luò)不同地址上的兩個(gè)構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)互操作。Kroo等應(yīng)用Java技術(shù)為飛機(jī)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)面向協(xié)同優(yōu)化方法的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境。Alzubbi等基于JavaRMI開發(fā)了虛擬飛機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化框架。近來(lái)，由于商用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)集成軟件(如iSIGHT/FIPER，Optimus,Pointer,AML，ModelCenter,DARWIN,IMAGE等)日益成熟，在構(gòu)建MDO環(huán)境時(shí)越來(lái)越多地采用了商用集成軟件。例如，Beam等在開發(fā)飛行器分布式分析模擬環(huán)境時(shí)采用了ModelCenter軟件集成各子系統(tǒng)的分析模型。Rohrschneider等在建立長(zhǎng)航時(shí)火星飛機(jī)概念設(shè)計(jì)環(huán)境時(shí)，也采用了ModelCenter軟件來(lái)集成各子系統(tǒng)的分析模型。張曉萍用iSIGHT軟件建立了聯(lián)結(jié)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)環(huán)境。

采用通用性的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行不確定性分析、優(yōu)化的方式往往只適用于所研究的特定問(wèn)題，對(duì)于其他問(wèn)題又要重新集成。從目前應(yīng)用角度來(lái)看，該方法適合于理論研究，而難以用于工程應(yīng)用。在考慮不確定性因素的多學(xué)科優(yōu)化方面，尚沒(méi)有成熟實(shí)用的軟件可供選擇，更沒(méi)有專業(yè)進(jìn)行不確定性分析的相關(guān)軟件集成平臺(tái)，因此對(duì)不確定性多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)用化產(chǎn)生了不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為：為了克服目前基于不確定性優(yōu)化的結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)方法難以適用于工程應(yīng)用的不足，提供一種基于不確定優(yōu)化的飛行器結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)用、可靠，具有處理結(jié)構(gòu)功能確定性、不確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，用戶不必自行對(duì)各類算法、軟件進(jìn)行集成就可輕松完成不確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化的工作，有助于促進(jìn)不確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)際工程方面的應(yīng)用。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為：一種基于不確定優(yōu)化的飛行器結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、前艙熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、機(jī)翼熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊、機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合優(yōu)化分析模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊及用于集成上述模塊的系統(tǒng)框架程序，其中：

氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)外形確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能；對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的外形參數(shù)進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力/熱計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果文件；將結(jié)果文件導(dǎo)入結(jié)果可視化軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理；最終以全彈道總加熱量最小為優(yōu)化目標(biāo)，以升阻比為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的氣動(dòng)外形參數(shù)以及不確定參數(shù)對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行定量化表征與參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力/熱計(jì)算，得到全彈道總加熱量；在此基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到總加熱量的魯棒性指標(biāo)，以滿足魯棒性約束條件下彈道總熱量最小為目標(biāo)開展氣動(dòng)外形的不確定性優(yōu)化；

前艙熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)前艙熱防護(hù)系統(tǒng)確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能。對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的外形參數(shù)對(duì)飛行器前艙進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；利用已建立的氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)插值得到表面熱流密度，實(shí)現(xiàn)前艙熱分析；根據(jù)輸出的表面溫度計(jì)算前艙溫度場(chǎng)、表面溫度以及紅外輻射強(qiáng)度；最終以前艙結(jié)構(gòu)重量和紅外輻射特性為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)溫度為約束條件開展前艙結(jié)構(gòu)的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的前艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以及不確定參數(shù)，在確定性熱分析和紅外輻射特性分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到溫度場(chǎng)分散性，并計(jì)算得到其可靠度；在此基礎(chǔ)上，以溫度可靠度為約束條件，以前艙結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面紅外輻射強(qiáng)度最小為目標(biāo)開展前艙結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

機(jī)翼熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)機(jī)翼熱防護(hù)系統(tǒng)確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能。對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的外形參數(shù)對(duì)飛行器機(jī)翼進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；利用已建立的氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)插值得到表面熱流密度，實(shí)現(xiàn)前艙熱分析；根據(jù)輸出的表面溫度計(jì)算機(jī)翼溫度場(chǎng)、表面溫度以及紅外輻射強(qiáng)度；最終以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量和紅外輻射特性為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)溫度為約束條件開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以及不確定參數(shù)，在確定性熱分析和紅外輻射特性分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到溫度場(chǎng)分散性，并計(jì)算得到其可靠度；在此基礎(chǔ)上，以溫度可靠度為約束條件，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面紅外輻射強(qiáng)度最小為目標(biāo)開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能。對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，利用已有的網(wǎng)格模型，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中具有相同鋪層角度的層進(jìn)行合并，形成超級(jí)層模型；利用有限元分析軟件進(jìn)行有限元模型的參數(shù)化建模；對(duì)冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算分析；最終以輕量化為目標(biāo)，各鋪層角度為優(yōu)化變量，強(qiáng)度和剛度為約束進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)已有的參數(shù)化模型以及不確定參數(shù)，利用有限元程序?qū)崿F(xiàn)前艙超級(jí)層模型的可靠性和魯棒性分析；在此基礎(chǔ)上以輕量化為目標(biāo)，各區(qū)域鋪層層數(shù)為變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合優(yōu)化分析模塊：用于實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)以及熱耦合確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能；對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果文件；將結(jié)果文件導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)力以及熱耦合分析，得到分析結(jié)果；最終以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量為優(yōu)化目標(biāo)，以機(jī)翼強(qiáng)度和剛度為約束條件開展機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼結(jié)構(gòu)參數(shù)以及不確定參數(shù)對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行不確定性量化；在確定性熱耦合與力耦合分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到分散性結(jié)果，獲得強(qiáng)度及剛度可靠性指標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量作為優(yōu)化目標(biāo)，以強(qiáng)度和剛度可靠性指標(biāo)作為約束條件，開展機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合的不確定性優(yōu)化；

機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能；對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼外形參數(shù)進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成整體機(jī)翼參數(shù)化模型以及單包結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型；將整體機(jī)翼以及單包結(jié)構(gòu)幾何文件分別導(dǎo)入有限元分析軟件中，進(jìn)行熱耦合分析；最終以機(jī)翼熱量及承載為優(yōu)化目標(biāo)，以要求的工況條件為約束條件開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼外形參數(shù)以及不確定參數(shù)對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行不確定性量化；在確定性熱耦合分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到分散性結(jié)果，獲得機(jī)翼熱量、承載以及不確定性可靠性指標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，以工況條件作為約束條件，開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊：用于處理氣動(dòng)力/熱數(shù)據(jù)庫(kù)、一體化模型庫(kù)、算法庫(kù)等數(shù)據(jù)資源；包括氣動(dòng)力氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)與應(yīng)用模塊以及設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)與應(yīng)用模塊；

系統(tǒng)框架程序：用于實(shí)現(xiàn)各子模塊的集成和數(shù)據(jù)的傳遞與管理，主要功能包括對(duì)各模塊確定性分析優(yōu)化設(shè)計(jì)和不確定性分析優(yōu)化設(shè)計(jì)工程的建立、打開操作及對(duì)各子模塊的調(diào)用，以及對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用。

所述氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開網(wǎng)格劃分模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格文件；

(4)打開彈道氣動(dòng)力/熱計(jì)算模塊，讀取彈道數(shù)據(jù)文件，同時(shí)將各個(gè)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格文件進(jìn)行合并，依次計(jì)算結(jié)構(gòu)外形的邊界層外緣參數(shù)、熱流參數(shù)；

(5)打開結(jié)果后處理模塊，將結(jié)果文件導(dǎo)入結(jié)果可視化軟件；

(6)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以全彈道總加熱量最小為優(yōu)化目標(biāo)，以升阻比為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化循環(huán)；

(7)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，利用不確定性傳播分析方法得到總加熱量的魯棒性指標(biāo)，以滿足魯棒性約束條件下彈道總熱量最小為目標(biāo)開展氣動(dòng)外形的不確定性優(yōu)化；

所述熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，瀏覽已建立的氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)，利用庫(kù)中對(duì)應(yīng)的圖表，插值得到表面熱流密度；

(4)打開網(wǎng)格劃分模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格文件；

(5)打開溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)后處理模塊，導(dǎo)入之前步驟得到的表面熱流密度以及表面網(wǎng)格文件，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)、表面溫度以及紅外輻射強(qiáng)度；

(6)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以結(jié)構(gòu)重量和紅外輻射特性為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)溫度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；

(7)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以溫度可靠度為約束條件，以結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面紅外輻射強(qiáng)度最小為目標(biāo)開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

所述復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開有限元參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開剛度/強(qiáng)度計(jì)算模塊，導(dǎo)入?yún)?shù)化模型文件，對(duì)冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算分析；

(4)打開剛度/強(qiáng)度分析及后處理模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)強(qiáng)度和剛度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析；

(5)對(duì)于確定性優(yōu)化，調(diào)用確定性優(yōu)化模塊，打開集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以輕量化為目標(biāo)，各鋪層角度為優(yōu)化變量，強(qiáng)度和剛度為約束先進(jìn)行層數(shù)優(yōu)化循環(huán)，再進(jìn)行順序優(yōu)化；

(6)對(duì)于不確定性優(yōu)化，調(diào)用不確定性優(yōu)化模塊，打開集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以輕量化為目標(biāo)，各區(qū)域鋪層層數(shù)為變量先進(jìn)行層數(shù)優(yōu)化循環(huán)，再進(jìn)行順序優(yōu)化；

所述機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合優(yōu)化分析模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開有限元自動(dòng)建模模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到表面網(wǎng)格文件；

(4)打開網(wǎng)格轉(zhuǎn)換模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)得到的表面網(wǎng)格文件進(jìn)行文件轉(zhuǎn)換，得到網(wǎng)格文件；

(5)打開氣動(dòng)力/熱計(jì)算模塊，根據(jù)得到的網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力和熱計(jì)算，并調(diào)用可視化軟件瀏覽計(jì)算結(jié)果；

(6)打開氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合分析模塊，調(diào)用有限元分析軟件，將前面步驟中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行耦合分析；

(7)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量為優(yōu)化目標(biāo)，以機(jī)翼強(qiáng)度和剛度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化循環(huán)

(8)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量作為優(yōu)化目標(biāo)，以強(qiáng)度和剛度可靠性指標(biāo)作為約束條件，開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化循環(huán)；

所述機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開熱耦合分析模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行熱耦合分析；

(4)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以機(jī)翼熱量及承載為優(yōu)化目標(biāo)，以要求的工況條件為約束條件開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的確定性優(yōu)化循環(huán)；

(5)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以工況條件作為約束條件，開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化循環(huán)；

所述各個(gè)模塊下確定性優(yōu)化模塊與不確定性優(yōu)化模塊執(zhí)行優(yōu)化的過(guò)程為：

(1)判斷是否存在配置文件。如果存在，讀取優(yōu)化配置文件內(nèi)容在界面上顯示；如果不存在，讀取輸入?yún)?shù)文件信息，并在界面顯示；

(2)用戶在界面上設(shè)置優(yōu)化模型，包括選擇優(yōu)化變量，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)和約束條件，選擇優(yōu)化算法并對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置等；

(3)將優(yōu)化模型信息保存到優(yōu)化配置文件中；

(4)執(zhí)行優(yōu)化。調(diào)用優(yōu)化軟件集成程序，將所需的信息包括優(yōu)化文件夾路徑，傳遞給該程序；

(5)通過(guò)API將從優(yōu)化配置文件中讀取的優(yōu)化模型信息傳入優(yōu)化軟件模板文件中；

(6)調(diào)用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，對(duì)修改后的模板文件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。優(yōu)化計(jì)算運(yùn)行結(jié)束后，將優(yōu)化結(jié)果信息導(dǎo)出保存到工程路徑下，并向優(yōu)化模塊程序發(fā)送消息；

(7)程序讀取優(yōu)化結(jié)果信息、顯示在界面上，并將結(jié)果保存到優(yōu)化配置文件中；

確定性優(yōu)化模塊與不確定性優(yōu)化模塊的區(qū)別在于執(zhí)行優(yōu)化時(shí)，確定性優(yōu)化調(diào)用確定性分析模塊的執(zhí)行程序，不確定性優(yōu)化則調(diào)用不確定性分析模塊的執(zhí)行程序；

確定性優(yōu)化模塊的執(zhí)行優(yōu)化步驟如下：

(1)將用戶設(shè)置的輸入?yún)?shù)初始值數(shù)據(jù)寫入確定性分析的輸入文件；執(zhí)行確定性分析，得到計(jì)算結(jié)果即輸出文件，由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)；

(2)由優(yōu)化算法計(jì)算出下一個(gè)的迭代點(diǎn)；

(3)將下一個(gè)迭代點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫入確定性分析的輸入文件，執(zhí)行確定性分析，得到輸出文件，由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)；判斷數(shù)值是否滿足約束，目標(biāo)是否收斂，若滿足約束、目標(biāo)收斂則輸出優(yōu)化結(jié)果，否則計(jì)算出下一個(gè)迭代點(diǎn)，執(zhí)行此步至優(yōu)化結(jié)束；

不確定性優(yōu)化模塊的執(zhí)行優(yōu)化步驟如下：

(1)將用戶設(shè)置的輸入?yún)?shù)初始值數(shù)據(jù)寫入不確定性分析的輸入文件。依據(jù)在不確定性分析模塊中進(jìn)行的設(shè)置，執(zhí)行不確定性傳播流程，得到各響應(yīng)的不確定性描述參數(shù)，進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算，得到指標(biāo)數(shù)值，生成包括響應(yīng)值和指標(biāo)數(shù)值的輸出文件；由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)；

(2)由優(yōu)化算法計(jì)算出下一個(gè)的迭代點(diǎn)；

(3)將下一個(gè)迭代點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫入不確定性分析的輸入文件，執(zhí)行不確定性分析，得到輸出文件，由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)；判斷數(shù)值是否滿足約束，目標(biāo)是否收斂，若滿足約束、目標(biāo)收斂則輸出優(yōu)化結(jié)果，否則計(jì)算出下一個(gè)迭代點(diǎn)，執(zhí)行此步至優(yōu)化結(jié)束；

所述系統(tǒng)框架程序與各模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞均采用讀寫db文件的方式，實(shí)現(xiàn)方法如下：

建立基于不確定性優(yōu)化的結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)工程：

(1)根據(jù)用戶輸入的路徑和工程名稱，在路徑下建立以工程名稱命名的文件夾。

(2)在文件夾中建立與各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的文件夾；

(3)將各模塊運(yùn)行所需文件的模板拷貝到對(duì)應(yīng)文件夾下，并對(duì)文件中的參數(shù)進(jìn)行初始化；

各子模塊的調(diào)用：

(1)獲取當(dāng)前工程所在文件夾路徑和優(yōu)化系統(tǒng)所在路徑；

(2)當(dāng)前工程所在文件夾路徑，加上當(dāng)前調(diào)用模塊對(duì)應(yīng)文件夾的名稱，就可獲得模塊調(diào)用所需的文件夾路徑，如所需的是某個(gè)文件的路徑，加上該文件名即可；

(3)優(yōu)化系統(tǒng)所在路徑加上其中調(diào)用模塊的位置，獲得該模塊執(zhí)行程序路徑；

(4)由調(diào)用模塊執(zhí)行程序路徑、模塊調(diào)用所需的文件或文件夾路徑及命令參數(shù)，生成命令行；

(5)用命令行方式調(diào)用模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：由于本發(fā)明將處理不確定性問(wèn)題的各類算法集成到系統(tǒng)之中，同時(shí)系統(tǒng)中包含通用的優(yōu)化模型，與現(xiàn)有不確定性優(yōu)化方法相比，進(jìn)行優(yōu)化時(shí)不需要重新建立優(yōu)化模型、對(duì)算法進(jìn)行編寫、集成，只需對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行設(shè)置、對(duì)算法進(jìn)行選擇即可，為那些對(duì)不確定性優(yōu)化理論和方法缺乏深入了解的工程人員進(jìn)行基于不確定性優(yōu)化的結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)提供了一種便利的工具，適用于工程應(yīng)用。由于該系統(tǒng)各模塊之間相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)模塊都有各自獨(dú)立的輸入、輸出文件，便于修改和維護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中的氣動(dòng)外形確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖3為本發(fā)明中的氣動(dòng)外形不確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖4為本發(fā)明中的熱防護(hù)系統(tǒng)確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖5為本發(fā)明中的熱防護(hù)系統(tǒng)不確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖6為本發(fā)明中的復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖7為本發(fā)明中的復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)不確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖8為本發(fā)明中的機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖9為本發(fā)明中的機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合不確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖10為本發(fā)明中的機(jī)翼防熱承載一體化確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖11為本發(fā)明中的機(jī)翼防熱承載一體化不確定性設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程；

圖12為本發(fā)明中的各個(gè)模塊下確定性優(yōu)化模塊和不確定性優(yōu)化模塊中集成優(yōu)化軟件執(zhí)行優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

如圖1所示的系統(tǒng)構(gòu)架圖可知，本發(fā)明一種基于不確定優(yōu)化的飛行器結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)，由氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、熱防護(hù)系統(tǒng)(前艙)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、熱防護(hù)系統(tǒng)(機(jī)翼)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊、機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊、機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合優(yōu)化分析模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊及用于集成上述模塊的系統(tǒng)框架程序組成。整體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

(一)氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)外形確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能；對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的外形參數(shù)進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力/熱計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果文件；將結(jié)果文件導(dǎo)入結(jié)果可視化軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理；最終以全彈道總加熱量最小為優(yōu)化目標(biāo)，以升阻比為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的氣動(dòng)外形參數(shù)以及不確定參數(shù)對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行定量化表征與參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力/熱計(jì)算，得到全彈道總加熱量；在此基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到總加熱量的魯棒性指標(biāo)，以滿足魯棒性約束條件下彈道總熱量最小為目標(biāo)開展氣動(dòng)外形的不確定性優(yōu)化；

(二)熱防護(hù)系統(tǒng)(前艙)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)系統(tǒng)(前艙)確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能。對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的外形參數(shù)對(duì)飛行器前艙進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；利用已建立的氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)插值得到表面熱流密度，實(shí)現(xiàn)前艙熱分析；根據(jù)輸出的表面溫度計(jì)算前艙溫度場(chǎng)、表面溫度以及紅外輻射強(qiáng)度；最終以前艙結(jié)構(gòu)重量和紅外輻射特性為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)溫度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的前艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以及不確定參數(shù)，在確定性熱分析和紅外輻射特性分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到溫度場(chǎng)分散性，并計(jì)算得到其可靠度；在此基礎(chǔ)上，以溫度可靠度為約束條件，以前艙結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面紅外輻射強(qiáng)度最小為目標(biāo)開展前艙結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

(三)熱防護(hù)系統(tǒng)(機(jī)翼)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)系統(tǒng)(機(jī)翼)確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能。對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的外形參數(shù)對(duì)飛行器機(jī)翼進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；利用已建立的氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)插值得到表面熱流密度，實(shí)現(xiàn)前艙熱分析；根據(jù)輸出的表面溫度計(jì)算機(jī)翼溫度場(chǎng)、表面溫度以及紅外輻射強(qiáng)度；最終以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量和紅外輻射特性為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)溫度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以及不確定參數(shù)，在確定性熱分析和紅外輻射特性分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到溫度場(chǎng)分散性，并計(jì)算得到其可靠度；在此基礎(chǔ)上，以溫度可靠度為約束條件，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面紅外輻射強(qiáng)度最小為目標(biāo)開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

(四)復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能。對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，利用已有的網(wǎng)格模型，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中具有相同鋪層角度的層進(jìn)行合并，形成超級(jí)層模型；利用有限元分析軟件進(jìn)行有限元模型的參數(shù)化建模；對(duì)冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算分析；最終以輕量化為目標(biāo)，各鋪層角度為優(yōu)化變量，強(qiáng)度和剛度為約束進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)已有的參數(shù)化模型以及不確定參數(shù)，利用有限元程序?qū)崿F(xiàn)前艙超級(jí)層模型的可靠性和魯棒性分析；在此基礎(chǔ)上以輕量化為目標(biāo)，各區(qū)域鋪層層數(shù)為變量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；

(五)機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合優(yōu)化分析模塊：用于實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)以及熱耦合確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能；對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模，生成參數(shù)化模型；將幾何文件導(dǎo)入有限元分析軟件中進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分，生成網(wǎng)格文件；對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果文件；將結(jié)果文件導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)力以及熱耦合分析，得到分析結(jié)果；最終以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量為優(yōu)化目標(biāo)，以機(jī)翼強(qiáng)度和剛度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼結(jié)構(gòu)參數(shù)以及不確定參數(shù)對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行不確定性量化；在確定性熱耦合與力耦合分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到分散性結(jié)果，獲得強(qiáng)度及剛度可靠性指標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量作為優(yōu)化目標(biāo)，以強(qiáng)度和剛度可靠性指標(biāo)作為約束條件，開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

(六)機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊：用于實(shí)現(xiàn)機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的確定性分析及優(yōu)化、不確定性分析及優(yōu)化的功能；對(duì)于確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼外形參數(shù)進(jìn)行外形參數(shù)化建模，生成整體機(jī)翼參數(shù)化模型以及單包結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型；將整體機(jī)翼以及單包結(jié)構(gòu)幾何文件分別導(dǎo)入有限元分析軟件中，進(jìn)行熱耦合分析；最終以機(jī)翼熱量及承載為優(yōu)化目標(biāo)，以要求的工況條件為約束條件開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的確定性優(yōu)化；對(duì)于不確定性分析及優(yōu)化部分，根據(jù)給定的機(jī)翼外形參數(shù)以及不確定參數(shù)對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行不確定性量化；在確定性熱耦合分析的基礎(chǔ)上，利用不確定性傳播分析方法得到分散性結(jié)果，獲得機(jī)翼熱量、承載以及不確定性可靠性指標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，以工況條件作為約束條件，開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化；

(七)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊：用于處理氣動(dòng)力/熱數(shù)據(jù)庫(kù)、一體化模型庫(kù)、算法庫(kù)等數(shù)據(jù)資源；包括氣動(dòng)力氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)與應(yīng)用模塊以及設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)與應(yīng)用模塊；

(八)系統(tǒng)框架程序：用于實(shí)現(xiàn)各子模塊的集成和數(shù)據(jù)的傳遞與管理，主要功能包括對(duì)各模塊確定性分析優(yōu)化設(shè)計(jì)和不確定性分析優(yōu)化設(shè)計(jì)工程的建立、打開操作及對(duì)各子模塊的調(diào)用，以及對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用；

上述各模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1.氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)方法

該模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2和圖3所示：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開網(wǎng)格劃分模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格文件；

(4)打開彈道氣動(dòng)力/熱計(jì)算模塊，讀取彈道數(shù)據(jù)文件，同時(shí)將各個(gè)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格文件進(jìn)行合并，依次計(jì)算結(jié)構(gòu)外形的邊界層外緣參數(shù)、熱流參數(shù)；

(5)打開結(jié)果后處理模塊，將結(jié)果文件導(dǎo)入結(jié)果可視化軟件；

(6)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以全彈道總加熱量最小為優(yōu)化目標(biāo)，以升阻比為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化循環(huán)；

(7)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，利用不確定性傳播分析方法得到總加熱量的魯棒性指標(biāo)，以滿足魯棒性約束條件下彈道總熱量最小為目標(biāo)開展氣動(dòng)外形的不確定性優(yōu)化。

2.熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)方法

該模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖4和圖5所示：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，瀏覽已建立的氣動(dòng)熱數(shù)據(jù)庫(kù)，利用庫(kù)中對(duì)應(yīng)的圖表，插值得到表面熱流密度；

(4)打開網(wǎng)格劃分模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格文件；

(5)打開溫度場(chǎng)計(jì)算機(jī)后處理模塊，導(dǎo)入之前步驟得到的表面熱流密度以及表面網(wǎng)格文件，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)、表面溫度以及紅外輻射強(qiáng)度；

(6)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以結(jié)構(gòu)重量和紅外輻射特性為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)溫度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化；

(7)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以溫度可靠度為約束條件，以結(jié)構(gòu)質(zhì)量和表面紅外輻射強(qiáng)度最小為目標(biāo)開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化。

3.復(fù)合材料冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)方法

該模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖6和圖7所示：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開有限元參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開剛度/強(qiáng)度計(jì)算模塊，導(dǎo)入?yún)?shù)化模型文件，對(duì)冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算分析；

(4)打開剛度/強(qiáng)度分析及后處理模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)強(qiáng)度和剛度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析；

(5)對(duì)于確定性優(yōu)化，調(diào)用確定性優(yōu)化模塊，打開集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以輕量化為目標(biāo)，各鋪層角度為優(yōu)化變量，強(qiáng)度和剛度為約束先進(jìn)行層數(shù)優(yōu)化循環(huán)，再進(jìn)行順序優(yōu)化；

(6)對(duì)于不確定性優(yōu)化，調(diào)用不確定性優(yōu)化模塊，打開集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以輕量化為目標(biāo)，各區(qū)域鋪層層數(shù)為變量先進(jìn)行層數(shù)優(yōu)化循環(huán)，再進(jìn)行順序優(yōu)化。

4.機(jī)翼氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合優(yōu)化分析模塊實(shí)現(xiàn)方法

該模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖8和圖9所示：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件；

(3)打開有限元自動(dòng)建模模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到表面網(wǎng)格文件；

(4)打開網(wǎng)格轉(zhuǎn)換模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)得到的表面網(wǎng)格文件進(jìn)行文件轉(zhuǎn)換，得到網(wǎng)格文件；

(5)打開氣動(dòng)力/熱計(jì)算模塊，根據(jù)得到的網(wǎng)格文件進(jìn)行氣動(dòng)力和熱計(jì)算，并調(diào)用可視化軟件瀏覽計(jì)算結(jié)果；

(6)打開氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/熱耦合分析模塊，調(diào)用有限元分析軟件，將前面步驟中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行耦合分析；

(7)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量為優(yōu)化目標(biāo)，以機(jī)翼強(qiáng)度和剛度為約束條件開展氣動(dòng)外形的確定性優(yōu)化循環(huán)

(8)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量作為優(yōu)化目標(biāo)，以強(qiáng)度和剛度可靠性指標(biāo)作為約束條件，開展機(jī)翼結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化循環(huán)。

5.機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊實(shí)現(xiàn)方法

該模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖10和圖11所示：

(1)從輸入?yún)?shù)文件中解析各參數(shù)值，其中輸出參數(shù)文件，最初在單獨(dú)運(yùn)行此模塊時(shí)由用戶對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇和設(shè)置生成，當(dāng)此模塊被不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊調(diào)用時(shí)，不確定性分析模塊或確定性優(yōu)化模塊將按需要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。

(2)打開CATIA外形參數(shù)化建模模塊，將參數(shù)值寫入到快速參數(shù)化建模窗口的相應(yīng)位置，生成參數(shù)化模型文件。

(3)打開熱耦合分析模塊，調(diào)用有限元分析軟件，對(duì)參數(shù)化模型文件進(jìn)行熱耦合分析。

(4)對(duì)于確定性優(yōu)化，打開確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以機(jī)翼熱量及承載為優(yōu)化目標(biāo)，以要求的工況條件為約束條件開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的確定性優(yōu)化循環(huán)。

(5)對(duì)于不確定性優(yōu)化，打開不確定性優(yōu)化模塊，調(diào)用集成計(jì)算軟件，通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算與處理順序，以工況條件作為約束條件，開展機(jī)翼防熱承載一體化結(jié)構(gòu)的不確定性優(yōu)化循環(huán)。

6.各個(gè)模塊確定性優(yōu)化模塊與不確定性優(yōu)化模塊的實(shí)現(xiàn)

各個(gè)模塊下確定性優(yōu)化模塊與不確定性優(yōu)化模塊執(zhí)行優(yōu)化的過(guò)程如圖12所示：

(1)判斷是否存在配置文件。如果存在，讀取優(yōu)化配置文件內(nèi)容在界面上顯示；如果不存在，讀取輸入?yún)?shù)文件信息，并在界面顯示。

(2)用戶在界面上設(shè)置優(yōu)化模型，包括選擇優(yōu)化變量，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)和約束條件，選擇優(yōu)化算法并對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置等。

(3)將優(yōu)化模型信息保存到優(yōu)化配置文件中。

(4)執(zhí)行優(yōu)化。調(diào)用優(yōu)化軟件集成程序，將所需的信息包括優(yōu)化文件夾路徑，傳遞給該程序。

(5)通過(guò)API將從優(yōu)化配置文件中讀取的優(yōu)化模型信息傳入優(yōu)化軟件模板文件中。

(6)調(diào)用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，對(duì)修改后的模板文件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。優(yōu)化計(jì)算運(yùn)行結(jié)束后，將優(yōu)化結(jié)果信息導(dǎo)出保存到工程路徑下，并向優(yōu)化模塊程序發(fā)送消息。

(7)程序讀取優(yōu)化結(jié)果信息、顯示在界面上，并將結(jié)果保存到優(yōu)化配置文件中。

確定性優(yōu)化模塊與不確定性優(yōu)化模塊的區(qū)別在于執(zhí)行優(yōu)化時(shí)，確定性優(yōu)化調(diào)用確定性分析模塊的執(zhí)行程序，不確定性優(yōu)化則調(diào)用不確定性分析模塊的執(zhí)行程序。

確定性優(yōu)化模塊的執(zhí)行優(yōu)化步驟如下：

(1)將用戶設(shè)置的輸入?yún)?shù)初始值數(shù)據(jù)寫入確定性分析的輸入文件。執(zhí)行確定性分析，得到計(jì)算結(jié)果即輸出文件，由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)。

(2)由優(yōu)化算法計(jì)算出下一個(gè)的迭代點(diǎn)。

(3)將下一個(gè)迭代點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫入確定性分析的輸入文件，執(zhí)行確定性分析，得到輸出文件，由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)。判斷數(shù)值是否滿足約束，目標(biāo)是否收斂，若滿足約束、目標(biāo)收斂則輸出優(yōu)化結(jié)果，否則計(jì)算出下一個(gè)迭代點(diǎn)，執(zhí)行此步至優(yōu)化結(jié)束。

不確定性優(yōu)化模塊的執(zhí)行優(yōu)化步驟如下：

(1)將用戶設(shè)置的輸入?yún)?shù)初始值數(shù)據(jù)寫入不確定性分析的輸入文件。依據(jù)在不確定性分析模塊中進(jìn)行的設(shè)置，執(zhí)行不確定性傳播流程，得到各響應(yīng)的不確定性描述參數(shù)，進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算，得到指標(biāo)數(shù)值，生成包括響應(yīng)值和指標(biāo)數(shù)值的輸出文件。由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)。

(2)由優(yōu)化算法計(jì)算出下一個(gè)的迭代點(diǎn)

(3)將下一個(gè)迭代點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫入不確定性分析的輸入文件，執(zhí)行不確定性分析，得到輸出文件，由輸出文件中解析出相應(yīng)數(shù)據(jù)。判斷數(shù)值是否滿足約束，目標(biāo)是否收斂，若滿足約束、目標(biāo)收斂則輸出優(yōu)化結(jié)果，否則計(jì)算出下一個(gè)迭代點(diǎn)，執(zhí)行此步至優(yōu)化結(jié)束。

7.系統(tǒng)框架程序的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)框架程序與各模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞均采用讀寫db文件的方式，實(shí)現(xiàn)方法如下：

建立基于不確定性優(yōu)化的結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)工程：

(1)根據(jù)用戶輸入的路徑和工程名稱，在路徑下建立以工程名稱命名的文件夾。

(2)在文件夾中建立與各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的文件夾；

(3)將各模塊運(yùn)行所需文件的模板拷貝到對(duì)應(yīng)文件夾下，并對(duì)文件中的參數(shù)進(jìn)行初始化；

各子模塊的調(diào)用：

(1)獲取當(dāng)前工程所在文件夾路徑和優(yōu)化系統(tǒng)所在路徑；

(2)當(dāng)前工程所在文件夾路徑，加上當(dāng)前調(diào)用模塊對(duì)應(yīng)文件夾的名稱，就可獲得模塊調(diào)用所需的文件夾路徑，如所需的是某個(gè)文件的路徑，加上該文件名即可；

(3)優(yōu)化系統(tǒng)所在路徑加上其中調(diào)用模塊的位置，獲得該模塊執(zhí)行程序路徑；

(4)由調(diào)用模塊執(zhí)行程序路徑、模塊調(diào)用所需的文件或文件夾路徑及命令參數(shù)，生成命令行；

(5)用命令行方式調(diào)用模塊。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。

以上所述，僅為本發(fā)明部分具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。