结构优化方法及其在航空航天工程设计中的应用

马帅斌

【摘 要】在航空航天领域，结构优化方法是十分重要的一环，航空航天的飞行器在天空中受到很多物理因素的限制，需要在飞行器设计过程中力求做到造价更低、质量更小以及抗压能力更强等目标。结构优化概念在1900年左右就已经由英格兰著名物理学家J.C.麦克斯韦进行过初步的探索研究。在那个时代结构优化的概念只能在理论上找到一定的存在意义，然而并不能在成果上得到体现。而到了1940年左右“同步极限”理论在航空航天工程设计中被提出。“同步极限”理论就是让组件的设计能达到最极限，让其在航天过程中实际受到作用力后依然能保证各部位均能为最大值状态。

【关键词】航空航天；结构优化方法；工程设计

中图分类号： V221 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0026-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.009

Structural optimization method and its application in aerospace engineering design

MA Shuai-bin

（Shandong laiwu no. 1 middle school， Laiwu Shandong 271100，China）

【Abstract】In the aerospace industry， structural optimization methods are a very important part. Aerospace vehicles are limited by many physical factors in the sky. They need to strive for lower cost， lower quality and more pressure resistance in the aircraft design process. Strong and other goals. The concept of structural optimization was studied by the famous English physicist J.C. Maxwell in 1900. In that era， the concept of structural optimization can only find a certain existence in theory， but it cannot be reflected in the results. By the 1940s， the "synchronous limit" theory was proposed in aerospace engineering design. The "synchronization limit" theory is to make the design of the component reach the limit， so that it can still ensure the maximum state of each part after it is actually subjected to the force in the aerospace process.

【Key words】Aerospace； Structural optimization method； Engineering design

隨着我国的航天航空技术日益提高，结构优化方法在其中发挥了重要的作用。结构优化方法作为一种新兴的科技前沿理论，在我国的航天航空事业中做出了重大的贡献。随着越来越的结构优化工程项目不断在航空航天领域取得出色成绩，结构优化方法在航空航天科技领域内也获得了更高的承认与推广。我国也在航空航天领域取得了重大的成就，然而科技依然在不断创新，我国航空航天事业对各种部件的物理性质需求逐渐增加。如今我国的航空产业正需要一种新型技术来为产业开辟新方向，结构优化方法为如今的中国航空产业指明了新的道路。然而结构优化方法在我国航空产业中依然更偏向于零部件设计，其实在服务业以及航天航空信息网络中也会用到结构优化方法。接下来，我们将会详细解析节后优化方法在航空航天工程设计中的应用。

1 航空航天产业基础分析

我国的普通制造业已经无法满足日益提高的航空航天科技需求了，所以结构优化方法逐渐在该领域崭露头角。航空制造业往往需要很多顶尖科技产业共同参与才能研发新型产品，在如今这日益增长的需求之下，我国的航空航天部门开始探究结构优化方法在未来生产设计上的可行性。

当今时代十分注重信息与数据的处理，结构优化方法在信息与数据处理方面有着得天独厚的优势，并且在航天产业中的新产品研发时，通过结构优化方法设计出的新产品在技术性和学术性上更为先进和科学。同时生产技术相关的科研人员能够对研发出的新科技产品更有效率的进行改进。在结构优化方法的帮助下，对航空航天产业的科研成果在效能、构造和效能方面得到更新，设计出更加符合低消耗、高效率产业目标的科研产品。对当今航天航空产业进行新的产业改革。

2 航空航天工程设计中机械部件的结构优化方法

随着我国科技水平的飞速发展结构优化方法在航天航空领域最先被应用于机械部件的设计，尤其在发动机、机翼动机的功率大小，故障率的高低都对飞机的稳定性有着很大的影响，而众所周知发动机的核心部件之一是涡轮盘，航天器在飞行工作的过程中，发动机的内部往往有着很高的温度，超高的温度使得发动机内部的环境十分的糟糕，而涡轮盘是飞行器发动机中重要的压力承受部件。在这样糟糕的内部环境中，涡轮盘同时在高速旋转，这时由于普遍把涡轮盘的轮箍进行加宽设计，导致其受力十分不均。在发动机高速运转的时候为了减小这种受力不均的现象，通过结构优化方法对该产业进行产业优化，对涡轮盘的设计进行更新换代，大大减小了发动机内部的负荷。

在航天飞机的发动机上还有另一样不可或缺的关键部件，我们称之为安装节，它是飞机发动机内十分重要的一个部件，在飞机发动机工作的时候将推动飞机前进的推力以及压力负荷传到飞行器上，这一部件一旦在发动机工作期间失灵将会发生不可挽回的损失，比如飞行器的发动机从飞行器上脱落，危害人类生命安全。所以科研人员对飞机安装节进行了结构优化。一般来说，我们需要从强度大小来入手改进，通过优化设计让安装节内真正受力的部分压力得到分散，或者改进其结构设计让其可以承载更大的压强。同时，我们应该延长其寿命并且让其事故率尽可能的降低。在科研人员完成了对其受力分摊的结构优化之后，还对其在高工作压强下的寿命进行了试验探索。改进之前该结构在70kN的负荷之下仅仅14480次工作循环之后部件上出现了裂缝，然而在结构优化改进后的部件增加负荷到80kN之后，经过了55500次工作循环依然没有裂缝出现，这说明结构优化改进对该部件的抗压效果提升十分显著。

3 航空航天工程设计中信息产业的结构优化方法

信息技术在航空航天中是不可或缺的一项技术，该技术在最近几年迅猛发展，并且在航空航天事业中扮演了重要角色。当飞机飞离机场之后与地面的信息交换离不开电子信息技术，同时飞机在飞行过程中，机体内部有着大大小小无数的电子元件，每一个电子元件都在飞机内扮演了一定的角色，在飞机飞行过程中，各个电子元件相互配合，使得飞机可以平稳的在天空中飞行。科研人员在电子信息领域一直不断地通过结构优化方法对该领域进行更新优化，为了追求更低的污染，更大的附加产业价值以及更快的信息传递效率。由于我国航空航天领域的信息技术起步相对国外较晚，所以在很多核心科技方面一直被国外所限制，无法产生突破，科研人员往往也会在对其结构优化的过程遇到瓶颈。但是近几年经过科研人员不断地努力我们可以看到中国的航空航天信息领域到飞已经得到飞速发展。

4 航空航天工程设计中服务业的结构优化方法

空姐作为客机飞行过程中负责照顾旅客服务人员，尽心尽力的保证旅客在飞机内能度过一个开心且舒适的时光，是航空航天服务业中的重要部分。空姐就如同一个航空航天公司的门面一样，可以直接对旅客的旅途体验产生影响。

而空姐的着装对乘客的第一印象有着很大的影响。比如在越南，他们国家的国服被称为奥黛，同时也是越南航空产业中空姐的标准工作服，在2015年越南航空曾对空姐的制服进行了一次大规模的统一结构优化。因为在当时奥黛的工作服虽然十分美观并且有着很鲜明的国家特色，但是在实际工作服务过程中并没有那么舒适的工作体验，通过对当地航空公司的350名空姐进行数据统计，专家注意到大部分空姐反映了奥黛衣领和袖口部分在工作过程中最为不变，所以在工作人员的认真测量后，通过对衣服实际工作时状态的实时分析，对两个衣服的关键部位进行了改进，对袖口进行了不同程度的缩短或改小。科研人员将通过结构优化后的工作服分发给了越南当地一家航空公司的空姐进行试用，得到了一致好评，并且在越南全国掀起了一场航空公司空姐工作服的一次大换血活动。

5 总结

航空航天技术的发达与否是一个国家国力的综合表现之一，在航空航天领域有着大量的先进科研技术应用，由于对航空产业结构优化方法的不断更新，航空领域的产品更新换代速率也非常迅猛，在追逐世界一流科研成果的道路上不能迟疑。航空航天科技的更新关乎到一个国家的方方面面，大到国防力量小到日常民生，这些都离不开航空航天技术，对航空航天产业的结构优化是当今相关科研人员的重中之重，这对国家安全性与人民群众的日常生活有着至关重要的作用。只要重视结构优化方法在航空航天领域发挥的作用，就能让我国能在航空航天领域越飛越高。

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