总体设计优化

总体设计优化（共12篇）

总体设计优化 篇1

在传统的飞机总体设计中,我们通常采用的办法是依据经验估算出一个参数范围。例如,对于测算气动和重量特性这两个参数,我们基本都是根据工程估算的。但是,如果遇到非常规布局飞机,那么可以参考的机型就微乎其微,可以参考的经验公式或者参考数据就很少。因此,需要探索出一种新的思路和方法来解决在非常规飞机布局遇到的问题。

本文要讨论的多学科设计优化(MDO)是近十多年才流行起来的。这种方法与我们传统方法的区别主要有:分析模型时,采用数值分析法,而不是依靠经验公式;这种方法不单单是计算出数据,还能优化结果。

1 飞翼布局飞机总体参数优化问题

在对飞机总体设计和优化时,要先用一套方法对飞机的外形进行参数化描述。为了更好地实现描述,主要涉及三个参数:总体的轮廓参数、主剖面参数、过渡面参数。这三个参数分别用来描述飞机的外形主要特征、飞机机翼的剖面典型特征、链接各主要剖面光滑链接曲面特征。

1.1 参数优化的定义

飞机总体参数的优化包含以下步骤。第一步:优化目标。面对单个目标时,优化的目的就是最大化作战半径;面对多个目标时,优化的目的就是扩大升阻比,降低结构重量。第二步:设计变量。这里,设计变量主要考虑外形参数,涉及到飞翼的参考面积、展弦比、外翼翼根和翼梢处相对厚度。第三步:设计约束。这里,主要考虑几何、性能、重量几个方面。其中,性能约束包括飞行性能和隐身性能两方面。

1.2 MDO方法和实施流程

近10年来,MDO方法在世界风靡,其使用方法和具体流程也有各种版本。这里简单介绍一种叫做二级优化的方法。

1.2.1 二级优化方法

二级优化方法是一种非常有效的MDO方法。它的中心思想是按照两部走的方式进行优化,即先进行系统级,然后进行子系统。系统级优化和子系统优化的评定,存在一个评定标准,即以其对各学科的影响作为依据。影响大的变量设计为全局变量;对全局影响很少或者微乎其微的,作为子系统变量。

1.2.2 实施流程

针对上述提到的设计优化问题,我们采用二级优化方法,建立以下流程,如图1所示。其中,第1列是系统级优化,第3列是子系统级优化,第2列为多学科模型生成器,是连接两个层面的纽带。

1.2.3 气动分析模型的自动生成

要使飞机总体参数化,可以考虑气动分析模型,使用能快速进行数值分析的模型。现在基本把气动分析模型分为三类:第一类巡航构形气动分析模型;第二类起降构形气动分析模型;第三类黏性阻力系数计算模型。

1.2.4 RCS计算模型的自动生成

RCS计算采用板元/边缘方法。基本思路:拟和板元和边缘;在计算板元散射时,可以采用物理光学法;计算边缘射场时,采用等效电磁流法;叠加散射场,求出目标总RCS。

2 各学科设计优化与评估

2.1 气动/隐身一体化设计

主张将气动优化和隐身优化同时进行。该优化问题表述如下:计算条件——巡航马赫数Ma=0.9,飞行高度H=10km;雷达波长4cm,计算方位0°~180°;目标函数——巡航升阻比L/D最大。采用广义简约梯度法,求解上述气动/隐身一体化设计问题。

2.2 结构设计优化

任务主要是优化结构尺寸,减轻结构重量。优化问题表述如下:目标函数——结构重量W最轻。设计变量——翼梁、翼肋和加强框缘条横截面积;翼梁、翼肋和加强框腹板厚度;蒙皮厚度。采用软件中提供的序列二次规划法,对结构设计变量进行尺寸优化。

2.2.1 系统级优化

主要任务是通过寻找全局设计变量使系统目标最优,并满足总体性能要求。系统级优化以代理模型作为分析模型,进行优化迭代计算。根据全局设计变量的样本点及其对应的各学科优化结果和分析结果,建立代理模型。在构建代理模型时,采用拉丁超立方法生成全局设计变量样本点95个,应用径向基函数作为近似模型。经验证,代理模型精度满足要求。

系统级优化的优化问题描述为:设计变量,约束条件,优化目标。

2.2.2 优化结果与分析

按照前文的步骤,整个计算过程完全自动进行。在双核PC机上运行约4天,获得计算结果。首先是多目标优化结果。多目标的结果没有最值,只能得到一组解集,共80个结果,如图2所示。

可以看出,第一升阻比从19.0到19.5时,重量从18.5t变化到19.0t左右,该区域系统级设计变量变化微乎其微;第二升阻比从20.8变化到24.0时,重量从19.0t变化到27.0t,该区域前缘后掠角变化较大(约从3.6°变化到39°),而其他系统级设计变化无乎其微。

其次,单目标优化结果。这个过程分为两步。第一步可以采用多岛遗传算法,这里用多岛遗传算法优化的最优解为初始点,然后进行第二步。图3展示单目标优化结果与初始方案的参数。

可以看出,作战半径增加了15.8%,因为重量明显下降。可以设想,在起飞重量保持不变的情况下,携带的燃油量大大增加,并且优化后升阻比变大,所以航程和作战半径大大提高。

3 结论

本篇论文的主要研究目的是介绍一种新的方法(MDO)来解决当前飞机总体布局设计中遇到的问题。同时,由于飞机的布局涉及各个方面,为了更有针对性,选择了飞机的机翼布局作为研究对象,并采用MOD方法解决飞机布局流程设计中遇到的问题。通过理论分析,本文主要实现了2方面:基于二级优化方法,提出了一种面向飞机总体设计的MDO实施流程;分别采用多目标(升阻比和结构重量)和单目标(作战半径)两种优化方式,对飞翼布局飞机总体参数进行优化。

本文所介绍的MDO方法在对飞机总体布局设计中具有实际可操作性,后续无论是理论还是实践中都可以继续研究。

摘要：本文展示如何将多学科设计优化(MDO)方法与非常规布局飞机总体设计相结合。飞机总体MDO作为一个系统,包含了本身的优化、内部子系统的优化和模型的生成。系统级优化的目的是优化全局设计变量,使系统目标最优。子系统级优化涉及的部分有气动、隐身、总体布置、重量等。多学科模型生成器是MDO的一个重要环节。

关键词：非常规布局,多学科设计优化,飞机总体设计

参考文献

[1]张晓萍.联结翼飞机气动/结构一体化设计研究[D].南京:南京航空航天大学,2006.

[2]胡添元.飞行器外形隐身优化方法及应用研究[D].南运输机机翼气动/结构优化设计[J].航空学报,2006,27(5):810-815.

[3]胡添元.飞行器外形隐身优化方法及应用研究[D].南京:南京航空航天大学,2007.

总体设计优化 篇2

总

体

方

案

学科专业结构是大学的基本架构，是开展教学和科研活动的基础，直接关系到学校整体功能的发挥和长远发展。为更好地适应经济社会发展需求和学科发展趋势，构建与“高水平研究型大学和世界一流大学”的奋斗目标相适应的学科专业体系，学校决定开展学科专业结构布局优化调整工作。

一、指导思想

进一步发挥学校人才培养、科学研究、社会服务和文化传承的功能，以改革为动力，优化调整学科专业结构布局、学位授权点、本科生和研究生招生专业，打破学科壁垒，控制学科规模，优化学科资源配置，加快学科升级转型，突出学科建设重点，在学校深化综合改革的战略布局下，探索创新学科建设管理体制，实现学科中长期规划发展目标。

二、工作目标

通过凝练学科专业方向、精简学科专业数量、优化学科结构，调整学科布局，改善学科生态，明确学科建设单位的主体责任和建设任务，进一步合理配置学校资源，实现“发展规模适度、结

3．学科专业结构优化调整工作专家咨询工作组

根据不同学科论证、咨询的需要，由学校相关领域的各级学术委员会委员、相关职能部门负责人、部分校外专家组成专家咨询工作组，负责学科专业优化和调整的论证咨询工作，组长由领导小组指定。

五、具体工作安排

根据学校总体工作安排，按照以下步骤稳步实施。第一阶段（2013年3月——2014年10月）：建立健全学科专业优化调整工作组织机构；开展学科专业结构优化调整前期调研；制定学科专业结构布局优化调整工作方案等

1．建立健全学科专业优化调整工作组织机构

成立学科结构优化调整工作领导小组、工作小组、专家咨询工作组。同时，在全校范围内进行积极宣传，使广大师生认识到学科专业结构优化调整的必要性和重要性。

2．深入学科开展调研

由相关职能部门组成学科专业调研工作组，对全校学科专业情况进行全面调研，对调研结果进行深入分析研究，摸清现状、找准问题、理清思路，形成调研报告。

3．制定学科专业结构布局优化调整初步工作方案 根据学科专业调研工作组形成的学科专业建设情况分析，以及发现的问题，研究制定学校学科专业结构布局优化调整工作方案。

第二阶段（2014年11月——2015年6月）：开展学科自我优化和调整，实施优势学科、新兴交叉学科重点项目建设，调整部分弱势学科，开展简单重复建设的学科调整试点

1．进一步加强优势和特色学科（群）建设

立足学科基础，依托学校一流大学与一流学科建设项目的规划和实施，改革学科资源配置方式，进一步加强优势特色学科（群）建设，凝练一级学科建设方向，优化学科内部结构，为学科进一步调整和优化创造稳定的学科环境。尝试遴选部分学科，依托国家专项建设，加强体制机制创新，进行人才与学科制度改革试点，积极探索高峰学科、高原学科和交叉学科发展之路。

2．组织各学科建设单位开展自我优化和整合

组织各学科建设单位，依靠学院、学部学术委员会对所建设的学科进行自我评估，经党政联席会研究确定本单位学科建设发展目标、发展领域和发展战略；凝练一级学科内学科建设方向，论证和确立二级学科（方向）以及本科招生专业；对于已经具有一定交叉基础的学科，进一步制定完善交叉学科建设规划；经党政联席会讨论后，提出本单位学科的优化调整方案，尤其对本单位存在的学科排名率低于前30%的学科和未参评学科、与其他单位存在重复建设的学科、投入产出效益不高的学科、对学校学科生态基础支撑作用弱的学科提出优化和调整意见建议。

3．开展新兴交叉学科建设，创新管理体制，探索筹建新兴交叉学科学部（研究院）

六、工作机制及相关要求

学科专业的优化调整工作是学校建设和发展的基础工作，工作难度大、开创性强，需要汇聚广大专家学者、师生员工的集体智慧。学校高度重视此项工作，将其作为学校综合改革的一项重要内容，统一领导、全校动员、形成共识、整体推进。

1.学科专业结构布局优化调整是一项系统性的工作，因此要与本科专业、研究生学位点的管理与建设、师资队伍建设、资源优化配置等工作有机结合起来，这就要求学校相关职能部门要密切配合，形成联动机制，保障工作的顺利开展。

2．在学科结构优化和调整工作过程中，新学科专业的审批，新学科建设单位的成立，涉及到调整学科的留人计划和人才引进计划、大型贵重仪器设备购置等，原则上暂停，如确有需要，须经学校审批后方能实施。

3．经过学科结构优化和调整，原则上学院之间不能再办重复的学科方向（不包括同一一级学科下的不同二级学科方向）、不能再有相同的研究生和本科招生专业，学科专业建设主体要统一，同一个一级学科只能有一个主要的建设主体。新成立的所有研究机构不能脱离学科建设母体单独承担学科建设任务。

4．在学科结构优化和调整工作过程中，学校鼓励和支持教师在校内流动，并将制定相关支持政策。对于跨学院的师资变动，调出单位和调入单位要协调解决好教师流转所涉及的相关资源配置工作，不能影响涉及到调整和优化学科专业的正常教学科研任

务，维护学生的稳定。鼓励科研水平高、科研方向位于学科前沿的教师开展跨学科研究。

5．学校将不断深化学科投入机制、人力资源激励、资产有偿使用等配套改革，与学科优化调整工作同步进行，在机制体制上形成合力，提高学科优化调整工作效益，提高学校整体管理水平，为学科发展提供助力。

汽车总体设计概述 篇3

整车虚拟数字设计过程中总布置的主要包含以下工作内容：竞争车型对比研究——Benchmack阶段；确定产品的定义定位、各类性能指标——设计任务书编制； 造型工程可行性分析和配合阶段；基于人体生理尺寸和H点的人机工程设计及校核；汽车相关法规校核；总布置图绘制；相关性能计算、各类硬点确定和总体3D布置设计；整车DMU检查等工作。

Benchmack阶段

Benchmack阶段工作是在项目正式启动之前完成的，为产品在市场上的定位提供参考依据。

设计任务书编制

这是汽车设计的纲领文件定义了设计依据、产品的定义定位、消费群体及使用区域、主要设计方案、产品基本结构和参数、项目开发关键节点和周期等关键参数是后续各专业、各系统详细工程设计的指导性文件。

造型工程可行性分析

2D造型创意阶段需对效果图进行充分的可行性分析，如法规符合性，基于制造工艺的分块分缝的合理性以及整车功能定义的符合性等，为后续工程设计打好基础。效果图评审确定后，制作油泥模型。油泥实物相对效果图感官更为直接，工程可行性需进一步细化。CAS 面初步确定后，可根据运动件校核、人机工程和法规符合性情况局部调整A面和分缝。A面确定后，开始加工验证模型验证效果，并开始工程结构设计。

人机工程设计及校核

人机工程是一门基于人体尺寸、生理机能的人、机、环境的交叉综合的学科。在总布置设计中主要体现在H点确定、沿椭圆、视野、操纵距离和操作力等主动安全方面。

法规符合性校核

设计的产品必须符合销售区域的相关汽车法规和产业政策。我国的汽车法规和政策管理部门相对较多，如国标GB、国家推荐GB/T、汽车行业标准QC/T，出口产品还需校核出口地的相关法规和政策。此外还要针对质量缺陷召回制度进行校核。

性能计算、硬点确定以及总布置图绘制

设计任务书确定后，需根据实际变化计算动力性、轴荷分配转弯直径、燃油经济性。首先根据车身的相关边界条件和各总成的布置要求确定各总成的布置硬点， 硬点确定后根据布置位置绘制整车总布置图。

总体3D布置和DMU检查

车身相关边界确定后，进行发动机舱的动力总成及附件布置。发动机舱布置较复杂，涉及到车身、底盘、电器及各类附件、管路及线束布置空间和运动件安全间隙要求，维修工具和操作可接近性要求。驾驶室电器空调、底盘三踏板、变速换挡操纵布置，运动件间隙检查。各系统装配在一起进行DMU密集断面检查间隙、搭接及布置和合理性。

经过对不同车型的研究和实践积累，同捷已形成了一套完善的汽车结构设计品质控制方法，产品的开发实现了流程化，产品技术与工程实施标准化。

总体设计优化 篇4

目前,白车身轻量化研究的热点[1,2,3,4]集中在零部件的材料和厚度的优化,以及部分零部件的结构优化等方面,未涉及汽车总体设计、整体布局等设计参数方面。

但是实际上,在汽车开发早期,汽车总重的设计往往是参考市场上与所开发车拥有基本相同的汽车整体总布置尺寸参数(如整车的总长、总宽、总高)的标杆车重量来确定的。因而,在汽车开发早期,汽车整体总布置尺寸参数的确定在很大程度上决定了汽车设计总重量的大小。由此可见,在汽车开发前期对车身总体尺寸参数进行优化设计是整个轻量化环节中一个非常重要的部分。本文将这种在汽车开发前期通过优化车身总布置尺寸参数来达到白车身轻量化设计的方法定义为汽车总体轻量化设计。

同样,在汽车开发早期,汽车总布置参数的确定也就意味着汽车内部空间大小的确定。在开发成本及整车性能参数一样的情况下,车内部空间越大对顾客的吸引力越大。当然,整车的总长、总宽及总高各个参数值对汽车内部空间大小的贡献量是不一样的。因而合理优化整车的总长、总宽及总高对增大汽车内部空间有很大的作用。

整车概念设计阶段轻量化设计实际上就是一个总体多目标优化过程。国内外关于多目标优化在汽车及零部件设计上的应用研究有很多[5,6],文献[5]应用遗传算法对滚珠轴承进行了多目标优化,文献[6]应用遗传算法对材料的选择进行了多目标优化设计。本文在某汽车开发的概念设计阶段,依据已有的标杆车模型,优化其整车总体尺寸参数及部分关键零件的厚度,来实现整车的轻量化设计,同时,使新增内部空间最大化,并且综合考虑了白车身NVH、白车身强度性能等。

1 总体多目标优化数学模型

在已有车型上通过整车尺寸的加长、加宽、加高开发新车型,目的往往是追求更大的内部空间尺寸,尤其是微车,以达到更大的载人载货空间。同时,整车轻量化也是一个非常重要的指标。

图1为整车加长、加宽、加高示意图,可以看出,新车型加长Δl、加宽Δw、加高Δh后,内部空间随之增大,在此假定内部空间增大为图中所示的1、2、3部分,且为长方体。

新车型总体多目标优化数学模型可以作如下定义:

式中,M和1/ΔV分别为车身的质量目标函数和增加的车内体积倒数目标函数;ti为第i个零件的材料厚度,til和tiu为第i个零件厚度的上下限;ΔV1、ΔV2、ΔV3分别为图1中1、2、3部分的体积;l、w、h分别为原有车型的长宽高,为已知值;gj为车身的性能约束函数。

考虑到新车型开发总体多目标优化问题的复杂性,本文采用非支配解排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)[7]对优化模型进行求解。NSGA-Ⅱ是一种基于Pareto最优解概念的多目标遗传算法,已经在拓扑优化[8]及汽车车身分块[9]等领域中得到成功应用。

2 多目标优化遗传算法

多目标遗传算法能够通过一次运算找到一组Pareto优化解,适用于求解多目标优化问题[7]。由于遗传算法本身就是基于群体进行操作的,多解集和单一解集求解的目地是一致的,所以采用遗传算法求解多目标问题是合适的。

基于NSGA-Ⅱ求解汽车新开发车型总体多目标优化问题的主要步骤如下:

(1)随机产生规模为n的初始父群体P。

(2)计算每个个体的两个目标函数(M、1/ΔV),然后把种群根据非支配个体进行排序,对当前种群中的非支配个体分配次序1,并将其从竞争中移去,然后从剩余的当前种群中选出非支配个体并对其分配次序2,此过程持续到种群中所有个体都被分配到相应的次序后结束(次序为1的是最好的级别,次序为2的是次优级别,依此类推)。为每个个体赋予适应度,适应度的值等于分配的次序值,把次序为1的染色体存入到O中。同时建立空集合Q,并且R←P∪Q。

(3)对R进行操作,个体的适应度值越小,则选择概率越大,选择得到两个染色体ci和cj。

(4)使用一个较高的概率,对ci和cj进行交叉操作,交换部分基因,生成两个新的染色体c′i和c′j。

(5)使用一个相对较低的概率对c′i和c′j进行变异操作。

(6)对新生成的各个c′i和c′j计算对应的目标函数(M、1/ΔV),并将c′i和c′j存到Q中,如果Q中少于n个新染色体,转到步骤(3)。

(7)R←P∪Q,清空Q,对当前R中的非支配个体进行排序,依次为F1、F2、F3等,此时得到的次序为1的个体数目往往多于n个,则应用密集比较算子,选出n个最好的个体,存入P。

(8)更新O,增加迭代计数器t的值,如果迭代计数器t没有达到预定的数码,转到步骤(3);否则停止程序,并返回O,此时O便为求解得到Pareto最优解集。

关于NSGA-Ⅱ方法更详细的内容可参考文献[6]。

本文中,对于优化运算后产生的Pareto最优解集内各非劣解,定义满意度函数S(满意度函数越小则解越优)为[10]

式中,Mmax、Mmin为Pareto最优解集中M的最大值和最小值;为Pareto最优解集中的最大值和最小值。

从式(2)中可以看出,在满意度函数中,质量目标函数和体积目标函数大致上被转化成同一数量级后进行求和,然后将满意度函数最小的解作为最优解。

3 最优拉丁方试验设计

常用的试验设计方法有:全因子试验设计、部分因子试验设计、中心复合设计、D最优试验设计、拉丁方试验设计与最优拉丁方试验设计等。本文采用最优拉丁方试验设计,最优拉丁方试验设计正是在拉丁方试验设计的基础上运用优化算法使得采样点尽可能地均匀分布在设计空间中,常用的优化准则如下[11?12]:

假定响应的数学模型为

式中,Z(x)为均值为零的高斯分布函数;Y(x)为待拟合函数;f(x)为基函数;ai为基函数系数;n为基函数个数。

l维输入s与t的协方差函数为

由于参数θ与q决定了Z(x)的性能,故最终最优化准则等价于:使得-lg|R|最小。图2显示了一个具有二因素(x1,x2)并要采样9个点的拉丁方采样与最优拉丁方采样的结构对比。

4 移动最小二乘响应表面法

响应面方法是一种将试验设计与数理统计相结合来建立经验模型的一种优化方法。传统的一般采用最小二乘法使分析值和近似值之间的误差最小以确定响应面近似函数系数。但是最小二乘法是一种基于全局的逼近方法,对于工程优化问题,其构造的响应函数在设计空间存在高度非线性,当响应函数值发生振荡时,很难得到精度较高的响应面逼近函数。为此,本文采用移动最小二乘法[13]来构造响应面逼近函数,移动最小二乘与传统的多项式响应面法的不同在于其移动最小二乘各项的系数是变化的,随着采样点的不同而变化,不像传统的多项式响应面中各项系数是个常数。这样的不同之处导致移动最小二乘方法在处理比较大的离散点数据时有较好的拟合精度,不容易失真。其基本理论可简述如下。

空间设计变量与响应Y确切的函数关系表达式为

其中,f为目标或约束的近似函数,表示响应面;ε为误差项;L为基函数的个数,基函数是设计变量的函数[14]。常用的二阶多项式响应面模型为

同理,可构造三阶、四阶甚至更高阶的多项式响应面近似模型。未知系数A=(a0,a1,…,aL)采用移动最小二乘法确定,即通过对加权余量函数求极小值获得。加权余量函数定义为

其中,W为任意采样点x的权函数,它必须保证近似的局部性和连续性。通常的权函数有指数型函数、三次样条函数和四次样条函数等。本文选用四次样条函数作为权函数:

式中,r为任意点x与采样点xl之间的距离;rmax为紧支子域半径。

对于响应面的构造精度问题,常用的是统计学中的F检验与检测等。本文选用作为响应面构造精度的准则。

5 计算实例

5.1 背景

本实例开发的车型是在已有的一款车型上进行改型得到的,且新车型满足以下条件:(1)保持新车型与已有车型基本形式和结构不变;(2)新车型的整体尺寸相比原车型进行了适当的加长加宽加高,其中,整车加长包括在已有车型上轴距部分的加长及后悬部分的加长,要求总加长值在200mm与300mm之间(总加长值=轴距加长值+后悬加长值),整车加高值在20mm与50mm之间,整车加宽值在40mm与60mm之间;(3)新车型强度和NVH性能满足要求。

在满足上述条件的基础上,对新开发车型白车身进行轻量化设计的同时追求车内部空间最大化。

5.2 分析工况

白车身有限元模型如图3所示,共有270 064个单元,3292个焊点。

(1)工况一:白车身NVH。白车身的整体一阶模态是白车身NVH性能的一个重要指标,它不仅影响到整车乘坐舒适性以及车内噪声值的大小,也对整车零部件使用的疲劳寿命产生很大的影响。一阶整体模态的高低常常用来衡量白车身低频范围的整体NVH性能的好坏。因而本文将白车身一阶整体模态作为白车身NVH性能的控制指标。

(2)工况二:白车身强度分析。白车身强度分析重点关注各个关键区域最大应力值的大小。由于新车型在原有车型基础上加长加宽加高,故白车身刚度发生变化,这导致白车身应力分布趋势发生变化。但是无论白车身应力分布如何变化,车身结构的特点决定了汽车在各种路面行驶时整个白车身较大应力的集中区域基本来说都集中在白车身的各个接头处。对于本文所研究的微型车,由于白车身后部结构上的原因(大的尾门洞),车后部(C柱、D柱)的刚度值相比前部更低,应力集中的现象更加明显,因而本文以典型的过坑扭转下车身后部关键区域(图4)最大应力作为评价标准。将ADAMS中计算(此处不作详细说明)得到的过坑工况时各个硬点的力加载到白车身相应位置,白车身作惯性释放计算出大梁各个关键区域的应力。以白车身过坑扭转时车身后部关键区域1、2、3、4的最大应力值来评价白车身强度情况。有限元模型中,先建立各个关键区域单元的set集(应能包含整个接头区域),然后以各set集的最大应力来作为白车身强度分析的评价指标。

1.C柱上接头2.C柱下接头3.D柱上接头4.D柱下接头

5.3 设计变量

为了实现新车型整体尺寸的优化,本文利用HyperMesh软件中hypermorph功能中的morph volumes模块,将整车分成几个不同的morphvolume,共由16个handle组成(图5)。然后在morph模块中定义控制shape,其中shape1(控制handle1、handle2、handle3、handle4的X向移动)用来作为整车后悬部分加长量的变量,定义为Lradd;shape2(控制handle1、handle2、handle3、handle4、handle5、handle6、handle7、handle8的X向移动)用来作为整车轴距部分加长量的变量,定义为Lmadd;shape3(控制handle1、handle2、handle5、handle6、handle9、handle10、handle13、handle14的Z向移动)用来作为整车加高量的变量,定义为Hadd;shape4(控制handle1、handle5、handle9、handle13的Y向移动)用来作为整车加宽量的变量,定义为Wadd。Lradd、Lmadd、Hadd、Wadd为整车整体尺寸控制变量。

整车加长加高加宽后,为了保证整车性能,必然要对局部结构或零件厚度进行优化。根据实际设计经验,定义了9个零件厚度设计变量,如图6所示,依次定义为T1~T9。

1.D柱上加强板2.D柱外板3.D柱下加强版4.后护板5.后大梁6.前护板7.中大梁8.前大梁9.前侧围外板

本文共定义了4个形状变量加上9个厚度变量,共计13个设计变量。各个变量的初始值及范围见表1。

5.4 响应面模型的拟合

根据式(5),汽车总体轻量化多目标优化数学模型如下:

式中,m为白车身总质量;FRQfirst为工况一中的白车身一阶整体扭转模态值;σ1、σ2、σ3、σ4分别为工况二中车身关键控制区域1、2、3、4的最大应力。

本文用最优拉丁试验设计方法进行20次采样并构建了初始响应面,最终得到了白车身一阶整体扭转模态、白车身总强度分析工况下车身关键区域1、2、3、4的最大应力及白车身总质量的近似模型。

5.5 优化结果及误差分析

用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对近似模型进行优化时,参数设计见表2。

响应面优化计算后得到了27组Pareto非劣最优解集,如图7所示。

根据满意度函数S选取了最后的满意解,如表3所示,从各个响应的值可以看出,由移动最小二乘方法得到模型的拟合精度较高,误差较小,较好地满足预测精度的要求。

此时,如果用整车加长加宽加高后的白车身总质量来与之前未加长加宽加高的白车身总质量相比较以说明轻量化效果显然是不公平合理的,因为整车加长加宽加高后,白车身总质量必然会增加,如表3所示,在白车身内部空间增加量为0.315m3(ΔV=1/3.1746m-3)时,白车身总质量增加了8.1kg。在此,为综合评价轻量化和车内部空间增大效果,本文用单位内部空间所使用的白车身总质量来评价新车型的轻量化效果。从表4可以看出新车型加长加宽加高也就是总体内部空间增大后,白车身总质量虽然增加,但从单位内部空间所使用的白车身总质量来看,新车型较低,也就是说新车型白车身总体轻量化设计效果较好。

从表1中可以看出,大多数零件的厚度都有所增加,这些性能关键零件厚度增加的目的是为了使新车型的其他零件不需要增厚就可以使整体尺寸上增加的新车型NVH和强度性能合格,从而使得新车型达到总体上的轻量化效果。

微型车的一阶扭转振型一般是尾门框的厢形扭转,新车型加长加宽加高后,白车身的尾部结构刚度会更低,白车身扭转特性相应的会有所减弱,但是通过几个关键零件(C/D柱上下加强板及后大梁)厚度的增加带来结构的加强,可使新开发车型一阶扭转模态相比原车型基本不降低,以满足初始设计要求。

强度分析工况中的车身关键区域应力变化不大,能满足各个关键区域应力的要求。因而可以认为新车型白车身应力趋势变化不大,整个白车身应力都控制在合理的水平。

新开发车型与原车型对比见图8。

6 结论

(1)提出了汽车概念设计(改型车)阶段总体多目标优化数学模型。既追求了车内空间的最大化,又实现了新车型轻量化设计。

(2)将整车长宽高作为控制参数,结合部分关键零件厚度优化,在新车型设计时,能够以最低成本取得最好的轻量化效果及满足内部空间的最大化要求。

(3)在白车身强度分析时,提出了将白车身关键区域的应力值大小作为评价标准,有效地解决了白车身强度计算时单纯控制整个白车身最大应力的局限性。

(4)利用最优拉丁试验采样以及移动最小二乘法构建了精度较高的汽车总体多目标优化近似模型,通过多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对多目标模型进行优化,取得了较好的结果。

(5)此方法可推广应用到汽车整车或子系统设计,将为整车新车型开发及整车总体轻量设计的应用提供新的解决途径。

摘要：开发了一款跟原车型结构相似、整车尺寸加长加宽加高的新车型,将整车长度、整车高度、整车宽度及部分零件厚度作为设计变量,采用最优拉丁实验设计方法进行了样本数据设计,并且采用移动最小二乘响应面方法构建了白车身NVH、白车身关键区域强度及白车身质量等性能参数的多目标优化系统的近似模型,利用多目标遗传优化算法NSGA-Ⅱ(非支配解排序遗传算法)对近似模型进行优化。在满足白车身关键区域内强度、白车身NVH等约束性能的同时,追寻车内新增空间最大化,并实现了新车型的轻量化设计。

飞机总体设计 篇5

摘 要

飞机设计是一项复杂和周期很长的工作，在工业部门通常分成几个阶段进行。 首先拟定设计要求，它是由使用方（军方或民航）负责。现代军用飞机根据国家的 方针和将来面临的作战环境，经过分析提出作战技术要求。现代军用飞机从设计要 求的制定到开始服役使用一般都需要10 年以上的时间，要准确预计10 年后的政 治、经济、技术环境是相当困难的。一架军用机的全寿命费用达数百亿元的量级， 因而军用飞机设计要求的研究和制定是一项非常重要和影响巨大的工作。

军用飞机设计要求的研究和制定一般都由专门的机构和人员来进行。民用飞机 主要强调安全性、经济性和舒适性，其设计要求一般由飞机公司提出初步设想，经过与可能用户的商讨，并经过市场调查和分析讨论后制定的。

第二阶段是概念设计，它与设计要求阶段有重叠，因为有时要通过概念设计来使设计要求制定得更为合理和具体化。概念设计的目的是对飞机的气动布局、性能、重量水平、航空电子、武器、所需新技术、费用和市场前景等方面进行初步和方向性的探讨。概念设计中还有对设计要求中各项目的指标进行分析，适当降低那些对性能影响不大，但可能降低技术风险和发展费用的设计要求，有可能提出一套合理组合的设计要求。概念设计中设计师的经验和判断力起重要作用，往往采用经验或半经验的分析方法。

第三阶段是初步设计，它包括两部分内容：方案设计和打样设计。方案设计，首先根据设计要求在概念设计的基础上，进行多种气动布局方案的`对比和研究，以及机翼、机身、尾翼的形状、设计参数的确定。飞机的内部布置要同时进行。这时，各个专业都要介入，如结构的传力路线设计、新材料新工艺的选用、各系统的原理设计、全机重量重心估计、飞机性能计算和飞行品质分析，检查设计方案能否满足设计要求。飞机方案设计中充满着矛盾，要通过各种方案的研究来评价、折衷和综合，不断进行改进，直到获得一个满足要求的综合最佳方案。打样设计，在方案设计阶段主要是确定飞机总体布局，对结构和系统的考虑比较粗略，在详细设计之前，结构和系统还需要一个初步设计的过程，这个过程为打样设计。在打样设计阶段要进行下列工作：

（1）气动分析和风洞试验，进行全机载荷计算，性能和飞行剖面计算，操纵性和稳 定性分析和气动弹性分析等。制造不同的模型，进行高低速风洞试验，提供原始气 动力数据。

（2）结构打样设计。对主要受力部件进行初步设计和分析，选择合理的结构形式、 新材料、新工艺和重量估算。

（3）系统打样设计。对所有系统进行原理设计，确定主要附件和系统的功能和功率。 对管道、电缆进行初步设计和通路协调。

（4）全机布置协调。一般是在全尺寸图纸上进行，画出全套协调图。随着计算机技 术的发展，全机布置协调，运动机构及间隙检查，可在计算机屏幕上进行。

（5）样机审查。在打样设计后期要制造全尺寸样机，用户在全尺寸飞机和真实座舱环境中检查是否符合使用要求。在样机审查批准以后，冻结设计状态，详细设计才能开始。

第四阶段是详细设计，其主要任务是：进行结构和系统的详细设计和分析，包括所有零部件设计，提供零件图、装配图、总图。进行详细的重量估算和强度校核和最后的飞机性能计算。进行工艺设计，制定飞机制造工艺方案，向制造部门提供生产图纸。进行结构的静强度、动强度和寿命试验。对系统进行地面台架模拟试验，进行飞机维修性、生存力分析和研制费用、经济性评估。

第五阶段为原型机试制。为加快研制速度，现代飞机都制造多架原型机进行试飞。

第六阶段为试飞。在试飞结束获得设计定型或型号合格证后才能进入第七阶段。

第七阶段为成批生产。

第八阶段为使用和改进改型。对已投入使用的飞机进行改进改型，扩大它的功能和延长

使用寿命，世界各国都很重视这一途径。

本书将飞机总体设计分为三个方面：方案设计、总体参数设计、决策与优化。将飞机升阻特性和飞行性能计算与分析的内容有机的融入到方案设计和总体参数设计的章节中。第二章讨论飞机方案设计，提出飞机总体设计的第一轮迭代设计流程，其中包括总体布局及初步分析，起飞重量、翼载和推重比的计算，升阻特性初步计算，以及各种矛盾因素权衡处理方法。第三章讨论飞机总体参数设计，介绍机翼、机身和尾翼几何参数选择，内部布置，推进装置与机体一体化设计，起落架设计等。通过总体参数设计，进一步研究总体方案的可行性，进行方案决策。结合实例，给出了飞机初步设计三面图。

第四章讨论飞机操纵系统的特点和基本组成，给出设计要求，分析现代高速飞机的稳定性和操纵性，增稳和主动控制技术。介绍电传操纵和综合飞行控制的基本概念。

第五章，飞机费用和效能分析。这是不同于飞机性能准则的另一个决定设计方案取舍的重要方面。它包括了飞机寿命周期费用的组成和分析方法，研究、发展、试验、鉴定、生产费用和使用保障费用分析模型，民用航空运营问题。军用飞机完成预定作战任务能力的大小，可通过作战效能进行综合评估。本章还介绍了飞机作战效能分析的概念和评估方法，综合效能和费用的效费比分析方法。现代飞机设计是一个复杂的系统工程，涉及到多个学科领域，各学科构成的子系统相互交叉影响。飞机设计必须建立综合设计的思想，提高综合设计的手段。

短壁采煤机研究与总体设计 篇6

【关键词】短壁；采煤机；研究设计

短壁采煤机具有一定的特点，其机身为3m左右，比其他采煤机略短，但是各项性能却比较好，在工业采煤工程中应用的比较广泛。影响短壁采煤机采掘能力的因素很多，其中最主要的是其输送能力，提高采煤机的输送能力，可以突破采煤企业的采煤量瓶颈，从而增加企业的经济效益。本文作者为了更好的研究短壁采煤机的设计，分析了国内外不同型号短壁采煤机的特点以及技术发展，并对采煤机设备配套以及采煤工艺进行了简要的介绍，希望可以对相关单位提供一定的帮助与参考。

1.短壁采煤机的基本特点

短壁采煤机是一种新型的小型采煤机器，其外形与普通采煤机有一定差别，采煤的性能较好，而且在工业煤炭开采工程中普及率较高，这种采煤机是一种单滚筒的结构形式，下面笔者对短壁采煤机的基本特点进行简要介绍：

（1）短壁采煤机的机身一般较短，长度为3m左右。

（2）短壁采煤机的摇臂比较特殊，其中一个摇臂设置在机身中间，可以左右摆动以及转动，转动的角度一般在270°以上。

（3）短壁采煤机不需要斜切进刀，其运转的过程中一般是直接进刀的形式，这需要采煤机和输送机相互配合，在滚筒完全进入顺槽后，通过直接进刀的方式使采煤机更好的运作。

（4）短壁采煤机的摇臂长度可以根据需要灵活调整，机面的高度也可以随意升降，这样可以更好的适应开采环境，为开采操作提供方便。

以上特点是我国短壁采煤机的基本特点，这种采煤机在我国煤炭开采工程中应用也比较多。除了国内短壁采煤机的机型，国外还有一些特殊的短壁采煤机机型，国外常用的短壁采煤机为侧置两节摇臂等类型，不同类型的短壁采煤机有着不同的特点。

2.国内外短壁采煤机的特点以及技术发展

2.1我国常用短壁采煤机类型与特点

我国短壁采煤机的应用稍晚，MGD-N系列的短壁采煤机是在我国煤科总院上海分院研发出来的，这一系列的短壁采煤机性能良好，提高了我国的煤炭产量，这些短壁采煤机的主要特点是：

（1）MGD-N系列的短壁采煤机具有纵向布置的特点。

（2）这种型号的短壁采煤机摇臂的高度可以调整，其主要采用的是齿条油缸定位，这样的采煤机更加灵活，可以根据不同的采煤环境，对采煤机的高度进行调整；摇臂的摆动可以调成向上的，也可以调成向下的，其摆角最小为270°，最大不能超过320°。

（3）牵引的方式采用无链或者有链等液压牵引的形式。

（4）这种型号的采煤机是一个系列，其行走箱一般安装在底托架上。

上述这种类型的短壁采煤机布置方式比较特殊，其机身小而窄，比较灵活，但是齿轮传动比较复杂。这种系列的采煤机高度以及臂长可以随意改变，齿条油缸可以更好的吸收振动，这种采煤机的操作更加简便，维修也更加方便。

2.2我国横向布置的短壁采煤机

随着我国采煤机研发技术的发展，另一种系列的短壁采煤机在上海研发成功了，这种横向布置的短壁采煤机性能更强，其总体设计结构甚至超越了国外同等类型的采煤机。下面笔者对这一新型号短壁采煤机的特点进行简要的介绍：

（1）这种型号的采煤机，其截割所用的电机呈横向分布，而且安装在机身之上，这与之前安装在摇臂回转轴上的采煤机有很多的差异。将截割电机横向安装在机身上可以提高采煤机利用的可靠性，而且便于维修。

（2）摇臂轴用关节轴承取代三层复合材料滑动轴承，大大提高了可靠性和使用寿命。

（3）继续采用简单可靠的齿条油缸调高系统，摇臂可以向上方或向下方摆310°。

（4）更换电机，可以实现截割功率150，200或250kW。

（5）可以多电机电牵引，牵引功率50kW，装机功率200，250，300kW，电牵引短壁采煤机属于国际首创。也可以单电机液压牵引，牵引力250kN。牵引速度0～11m/min，装机功率150，200，250kW。

（6）有可编程序控制器、状态检测、故障诊断和无线电遥控。

（7）采用Eicotrack无链牵引，可靠性高，控顶距小。

这种单电机横向布置的液压牵引短壁采煤机系列，性能比原有的单电机纵向布置的液压牵引短壁采煤机更好，我国多电机横向布置的电牵引短壁采煤机系列，技术上居国际领先水平。尤其是我国1140V的电牵引采煤机，其在总体设计上的优势十分明显。

3.短壁采煤机的设备配套和采煤工艺

3.1综放工作面设备配套

考虑到生产能力和地质条件，采煤机截割功率宜大不宜小。

液压支架可与长壁设备通用；工作面两端可设排头（尾）架；工作面和机尾先移架，后推溜。

机头若传动部平行布置则先推溜，后移架，若传动部垂直布置则先移架，后推溜。尽量采用垂直布置，以便排头（尾）架与工作面支架统一，及时支护。

工作面前部输送机 机头尾按短壁综采要求变线，确保采煤机割透，有适当的下切量，摇臂能够翻转，并使巷道宽度尽量小；采用矮机尾架、机头单传动部垂直布置在煤壁侧；销轨式或齿轨式无链牵引。

3.2综采工作面设备配套

综采工作面设备配套，除没有后部输送机外，其余同综放工作面。还可以把工作面输送机和转载机合二而一，成为90°转弯输送机。

3.3采煤工艺

采煤工艺分机尾进刀和机头进刀两种。机尾进刀中，采煤机从轨道巷向运输巷割顶刀。跟机移架。采煤机爬上输送机机头，割顶煤。采煤机摇臂落下。跟机推输送机，爬上输送机尾，割底煤。采煤机举起摇臂，把滚筒放在轨道巷断面之内，推输送机机尾进刀。机头进刀的工艺中，采煤机从运输巷向轨道巷割顶刀。跟机移架。采煤机爬上输送机机尾，割顶煤。采煤机爬下输送机机尾，割底煤。采煤机从轨道巷向运输巷割底刀。跟机推输送机。采煤机爬上输送机头，割底煤。采煤机举起摇臂，把滚筒放在运输巷断面之内，推输送机机头进刀。机头进刀要求巷道宽度较大，割上刀片帮时容易堵塞输送机。

4.结语

综上所述，不同类型的短壁采煤机有着不同的特点，而且其部件布置的差异性，不但影响着其功能的使用，还对维修以及操作的简便性有着一定影响。我国上海分部研制的不同系列的短壁采煤机较多，其中新型的横向布置短壁采煤机性能较好，这种采煤机的总体设计结构比外国同类产品的结构更好，这与其选材的优质性也有很大的关系，采用关节轴承的短壁采煤机不但采掘效率高，而且使用寿命也更长，这大大提高企业的经济效益，促进了我国煤炭产量的增长。我国研发的短壁采煤机可以根据不同的采高要求，随意更换摇臂，这种优良的特性使得其在国内外采煤工程中得到了广泛的推广以及应用。 [科]

【参考文献】

[1]伍丽娅，冯泾若.短壁采煤机的总体设计和技术发展[J].煤矿机电，2004（05）.

[2]刘纯贵.四台矿11号煤层307盘区短壁综采开采技术[J].煤炭科学技术，2004（10）.

总体设计优化 篇7

今年6月, 山西省首次将工业遗产保护写入城市规划, 在公示的《太原市城市总体规划晋阳湖地区优化方案》中明确提出, 在片区内的太化集团和国电太原第一热电厂等污染企业搬迁之后, 将利用现有设施, 在原址上修建工业遗产公园。这是太原市第一次将工业遗产保护写入城市规划, 也是我国为数不多的将工业遗产保护写入城市规划的城市。这对于推动我国工业遗产保护具有十分重要的指导意义。

工业遗址遍布全国各地

据联合国教科文组织数据, 截止2010年底, 世界各地共有52处工业遗产列入联合国教科文组织工业遗产的名录。其中, 中国仅有青城山及古老的都江堰灌溉系统打包申请成为世界工业遗产。从工业遗产数量不难看出, 我国的工业遗产进入世界工业遗产名录还有很长的距离。

我国的工业化社会时间比较短, 在工业化运动的跑道上, 涌现出了张之洞、刘铭传等一批近现代实业家, 他们为我国近现代工业的发展作出了贡献, 也留下了一大批珍贵的工业遗产。

民族工业在山西这片土地上留下了很重要的痕迹。在2010年, 针对山西省工业遗产多, 分布广, 但面临“换脸”的境况, 山西省决定启动工业遗产保护工程, 并先后将一批工业遗址列入保护工程。

晋华纺织厂是山西省规模最大的国有纺织厂, 1912年, 由阎锡山的叔丈人徐一清等人出资筹建。1920年开始动工建设, 1924年正式投产运营。当时, 晋华纺织厂规模庞大, 除了在厂内设置有纱锭7.5万枚、线锭5000枚、气流纺768枚、有梭织机877台、喷气织机55台、萨维奥全自动络筒机3台等等数量的纺织设备外, 学校、医院、报社、电视台一应俱全, 晋华纺织厂一跃成为华北地区最大的纺织厂。

后来, 由于资本家的剥削与裁员, 晋华成为榆次县城工人阶级运动的爆发地, 运动的爆发打响了晋华纺织厂的保卫战。2006年, 曾辉煌一时的晋华纺织厂宣告破产, 现存的厂部旧址、水塔、厂房、库房等建筑与繁华城区屹立的高楼大厦相比显得沧桑与单调, 但是这些建筑依旧保持完好。因此, 晋华纺织厂无论是对于工业设备、工厂建筑遗址的保护, 还是研究中国工人运动都有极其重要的意义。山西省启动工业遗产保护工程后, 通过山西省晋中市文物局及其相关部门的配合, 晋华纺织厂推荐申报为近现代工业遗产第七批全国重点文物保护单位。

除了晋华纺织厂外, 还有山西同煤集团、太远矿山机器厂、古井亭汾酒作坊遗址等厂址被保护起来。

辽宁省沈阳市是我国东北老工业基地的一部分, 是我国重型工业基地。前不久, 通过全市工业遗产普查, 共发现工业遗产60处, 并在这60处中选出了沈阳铁路交通遗产廊道、铁西区装备制造业遗产群、大东区民族工业遗产群三处工业遗产拟打包申请辽宁省工业遗产。同时, 在今年的两会上, 有代表针对沈阳市工业遗产多, 但是保护不佳的问题提出, 政府应该尽早规划保护工业遗产区, 并在沈阳市建立工业遗产遗址公园。要将工业遗产群打包申请省级工业遗产, 以推动沈阳市工业遗产的保护。

工业遗产要保护与利用并举

目前, 我国各地工业遗产保护脚步越来越快, 很多地方也开始注重我国工业遗产的保护。但在很多地方都是圈一个围栏, 将工业遗址挂上保护牌, 缺乏有效的开发与管理, 工业遗产的长久保护是摆在我们面前的一个严峻课题。

山西省文物局副局长宁立新说出了他的担忧, 近些年有一部分工业遗址被列入保护行列, 但是工业遗产项目纳入法律保护的内容很少, 加上对工业遗产的认识不足, 很多废弃或停产的工业场所被认为是社会落后的表现, 这严重影响了我国工业遗产的保护进程。即使有些像晋华纺织厂等被纳入保护的工业遗产, 也因为管理的不善使工业遗址陷入无人看管的尴尬境地。

宁立新认为, 在我国工业遗产保护中, 需要多部门配合, 联合展开工业遗产专项调查。同时, 应该尽快出台相关法规, 以工业遗产保护工作做得较好的企业为试点, 逐步展开工业遗产保护实施工作, 建设一批具有特色企业文物的博物馆、工业旅游景观。

有学者以上海为例谈到, 上海地区的工厂主要分布在苏州河、黄浦江一带, 这一带现在被大量开发, 在上海的纺织博物馆里, 竟然找不到一件像样的纺织机。这就说明制度的缺失是导致工业遗产大量消失的重要原因。现在, 我国还没有一份各时期工业遗产的完整名录, 虽然一些地方制定了不同的保护法规, 但是要真正保护好工业遗产, 还需国家出台相关法律法规, 从源头上遏制破坏现象的发生, 并寻求有效保护的最好方法。

工业遗产遗址的保护十分重要, 但在保护的同时有效利用显得更加重要。

“工业遗产保护与改造的模式有很多, 但是没有‘万能’, 就像现在商业保护模式下的很多工厂被改造成卖场, 这是一种有效利用的方式, 丰厚的盈利资金为工业遗产的改造再利用提供了准备金。而另外一种方式, 像将工业遗产改造为学校、图书馆等文化场所, 必须依靠政府的投资和长期补贴, 采取什么样的模式取决于当地居民的文化需求和政府的财政能力。因此, 工业遗产的保护应该因地制宜。”上海大学历史系副教授吕建昌指出。

公路总体设计和选线问题 篇8

公路总体设计、选线是一种技术等级要求较高的线形带状工程。其主要是指在全面考虑建设规模、设计标准的基础上, 对整条公路线的总体布局, 专业、综合设计。在进行公路总体设计时必须考虑到方方面面的各种因素, 以防出现布局不合理、设计不和谐的缺陷。同时在确保公路总体设计合理, 满足自身功能的前提条件下, 要使建造出的公路和大自然巧妙地融为一体, 达到一种完美的平衡。

1 公路总体设计方法

其一, 公路总体设计的技术标准要坚持以交通功能为主, 同时还要兼顾保护自然环境、公路景观及工程造价等。依照公路在整体规划网络中的层次、功能需要、沿路地形、地质条件等设计出公路等级、公路速度等。然后需要按照设计的交通量、服务能力, 全方位考虑公路功能、投资力量等因素以此确定标准横断面的宽度等。其次, 依照不同的地形特点, 需要科学、合理地确定地形类别、然后设计出路段长度, 不同的设计速度以及不同路基设计宽度的衔接点等。

其二, 公路的路基一般是以路堤为主, 在设计路基高度时要合理控制工程造价, 占用土地面积等, 同时还要考虑到通航河流净空、交叉道路净空, 以及路面横向排水、路基变形等等。从面到带, 再从带到线了解工程地质、水文状况, 大型地质自然灾害的分布范围, 分布状态等各种因素对工程的影响等等, 以保证路基长时间处于干燥或者干湿状态条件下的最小填土高度。若出现高填、深挖的情形, 可以和架桥、建隧等方案比较论证, 针对有重大地质灾害的地方在论证之后需要确定避让方案、绕越方案等。其次, 在确定路基设计高度时尽可能采用建筑高度角低的桥梁上部架构, 实施主线上跨、下穿方案的比较等。防护路基需要依据路基的填挖高度、沿线地形、景观设计特征等, 运用不同形式的防护种类, 比如:骨架支护下的植草、客土喷播技术、边坡植草以及三维网植草技术等等。为了更好地保护土地资源, 还需要设计好路基的排水、取土以及丢弃土的工作, 在工程量较低的条件下尽可能最大限度地节约土地, 并充分利用荒地、废弃地, 结合沿线的河道治理、水利建设等进行总体设计。

其三, 桥涵的总体设计, 需要依据功能与发展的要求合理布局, 促使结构安全耐用、经济合理, 同时造型特征和自然环境相协调。针对中大桥、需要从国民经济发展的角度思考, 通过比选, 从整体布局来确定桥位, 以此作为控制点, 使其和路线走向相符, 路桥的衔接合理。其中设计桥孔时除了需要满足设计流量、水位以及通航需要之外, 通常不能压缩河床, 若有防洪、通行等特殊要求的河堤一定要保留人、车通道。桥梁的结构要依据自然地质地形条件、河流的特点, 水文、材料等因素综合确定, 尽可能做到施工标准化;在设计小桥时要充分考虑到路线两侧的通行条件, 尽可能充分发挥桥的功能。涵洞的设计要根据其使用性质、路基填土高度、泄洪流量以及材料供应情况等设计, 选用钢筋混凝土盖板涵、石拱涵等。

其四, 隧道的总体设计, 需要依据坚持以人为本, 安全第一的原则, 全面考虑公路的总体作用, 全方位分析土地资源、自然景观以及公路的主要功能, 尽可能将隧道安排在地质条件较好的稳定地层中, 这样才有利于保证隧道主体结构的稳定、可靠, 在客观上也会降低养护费用。隧道选址时要符合公路路线的选线要求, 促使隧道洞外连接线和隧道线形相符, 避免穿越工程地质、水文条件较复杂的地段, 结合选线总体规划、交通运输条件以及周边地形条件、营运条件等综合比较选择, 如有必要可在较大面积综合地质勘探的基础上确定好路线走向、平面位置。隧道的平面、纵面、横面设计都必须协调合理, 平面线形合适, 停车时的视线距离满足要求, 保证汽车顺利地通过隧道, 而纵面的线形要适度平缓, 坡度可设计为单向坡, 保证排水的迅速流畅。横面设计需要符合公路建筑限界、通风的要求, 而机电设施的安装、施工等也要符合各种布置要求。针对隧道运营管理的设施, 则按照可靠使用、经济先进的设计原则, 确保人、车、路以及附近的工程设施形成有机统一的交通系统。

2 公路选线问题

公路的选线方案是路线控制点的连线, 需要根据公路网规划、公路功能等级, 以及运输体系的整体布局, 全面考虑社会、经济以及地质条件等各种因素后拟定出路线走向。首先, 在确定路线控制点时, 除了要考虑路线起点、终点必须要连接的城镇, 交通枢纽之外, 还应该将特殊的长隧道、越岭垭口等特殊位置当作路线总方向的控制点。而路线的起点、终点需要依据路网的整体规划、城市规划等综合考量。当确定好路线的起点、终点之后, 需要为后续的工程项目预留一定长度的线形设计出接线方案。确定路线方案要按照安全、协调、环保的原则, 从工程造价、技术要求以及自然、社会环境方面综合比较分析, 制定出科学、合理的选线方案。

其次, 要坚持比选原则, 在路线设计的各个环节, 采用先进的技术手段, 深入研究路线方案, 在论证比较各个方案的基础上, 选择最佳的路线方案。由于影响公路选线的自然因素有很多, 尤其是在滑坡、崩塌及软土等地质不良的地带, 为了保证公路安全, 在选线时一定要避开这些地带, 同时缩小穿越范围。最后, 公路选线设计不仅要具有使用方面的功效, 还必须满足美学、景观方面的要求。公路内部之间, 内部与外部之间都要保持协调性, 才能促使人们产生生理方面的安全感、舒适感。其中内部协调是指纵面、平面立体、线形视觉的连续性;而外部协调是指公路和其附近的环境景观相协调。

3 建议

三维运动模拟平台总体设计 篇9

动态角跟踪精度检测装置由被试系统、多波段点源目标发生器系统 (以下简称“目标发生器”) 、运动模拟平台及总控制系统四个部分组成, 图1为动态角跟踪精度检测装置系统组成原理框图。其中的运动模拟平台可以完成方位、俯仰和垂直直线运动。

2 目标运动平台

目标运动平台包含圆弧导轨副 (含驱动传动机构) 、目标固定支撑台面 (俯仰U型框) 、俯仰/升降二维运动机构、平台三维 (俯仰、升降及滑动) 伺服驱动系统、平台运动控制系统等5部分组成, 图2为运动平台组成框图。

导轨为目标平台的方位运动轨迹, 围绕着圆弧导轨的圆心转动, 形成方位视线角速度变化;目标固定支撑台面负载目标发生器在进行沿圆弧导轨水平运动的同时, 通过俯仰和高低二维运动机构带动目标发生器进行自身的位置运动, 形成复合俯仰方位视线角速度变化, 进而模拟目标在空域范围内的位置信息, 以便对被测系统进行测试及仿真。

2.1 运动平台功能

平台本身具备三个运动自由度, 目标发生器安放于运动平台的俯仰框上, 平台依据操作者规划的运动路径, 带动目标模拟系统形成相对被测试系统的方位、俯仰两个自由运动并保证目标光轴实时指向被测系统成像面中心, 模拟真实环境下目标的运动特性, 以便被测系统进行跟踪, 分述如下。

2.1.1 模拟目标的方位运动

整套设备在以GDX塔的转轴中心为圆心的圆弧导轨上运动, 实现方位角度变化的模拟, 由于被测系统及圆弧导轨都以GDX塔的转轴中心为圆心, 可以实现旋转中心重合, 所以可以保证目标在导轨上运动时, 被测系统光轴可以始终跟随着目标发生器的光轴, 且在某一视场可观测到多波段点源目标;

2.1.2 模拟目标的俯仰运动

升降机构为沿圆弧导轨运动的一套直线升降机构, 带动目标发生器升降, 与俯仰运动机构产生相应的俯仰视线角角度变化, 以便测试时被被测系统对目标进行搜索或跟随。

2.1.3 光轴调整用垂直直线运动机构

在直线升降机构上, 叠放一俯仰运动机构, 目标发生器以定位机构固定在这一俯仰机构上。当产生如模拟目标的俯仰运动时, 目标发生器被带动产生直线升降时, 由于运动模式为平移, 所以目标发生器光轴也出现上下平移, 此时安放在GDX塔上的被测系统的光轴无论怎样调整都会与目标生成器光轴产生夹角, 导致无法观测到目标图像。本处的俯仰运动机构的作用就是在目标生成器出现水平上下运动时, 实时调整光轴角度, 使目标生成器的光轴始终指向被测系统, 这样被测系统通过GDX塔带动可实现光轴对准, 达到测试或仿真的目的。

2.2 结构设计

目标运动平台主的结构部分要由目标支撑固定机构、俯仰/升降联动机构、方位滑动台体、圆弧导轨机构、电机驱动元件、光电编码器及气浮光学平台组成, 以实现目标发生器的固定、俯仰/升降及方位运动, 图3为目标运动平台系统组成三维设计效果图。目标支撑固定机构 (图中俯仰框) 用于目标系统的安装及定位;俯仰/升降自由度设计成联动机构以保证滑动台体沿圆弧导轨机构进行方位运动时始终指向被试系统光轴。

2.2.1 方位旋转设计

圆弧导轨方位维由高精密重载圆弧导轨、涡轮蜗杆传动机构、伺服电机驱动机构、定位轴及轴承机构、承载台面等五个部分组成。结构设计的关键是高精密重载圆弧导轨的定制和驱动与传动机构的设计, 本方案的圆弧导轨机构为外购定制THK弧形内径1.8m的导轨副系统, 采用4段各1/4圆拼接而成, 内外环均为16个滑块支撑平台上面部分。

方位旋转维台面考虑试验台整体功能, 由四块1/4圆形台面拼接而成, 分别为升降台台面、人行通道台面 (升降台台面对面的1/4台面) 、布线台面及备用基准台面, 拼接时采用高分辨率激光设备定位, 从而实现各块各自功能, 以满足设计指标要求。

方位驱动单元采用日本安川1.5k W伺服电机驱动, 传动单元为直径950mm的大型精密涡轮匹配蜗杆实现。

2.2.2 直线升降设计

直线升降维由导向支撑导轨机构、螺杆传动机构、刚性支架、辅助支撑、俯仰支撑台面及驱动单元等六部分组成, 如图4所示。

直线升降机构行程长、精度高、驱动困难是设计及元件选型的三大难点, 设计时考虑整体刚性, 将外围框架设计为长方形加固铝合金支架及底角辅助支撑方式, 采用航天级高强度铝合金型材经刮研工艺以保证导向导轨机构的定位精度;内部采用每侧2根共计4根THK高精度直线导轨副, 其自身精度为每1m内位置误差0.02mm;通过松下1k W伺服电机及减速器带动THK高精度大型滚珠螺杆执行升降维移动;大型滚珠螺杆自身精度为每1m内位置精度误差0.02mm。

2.2.3 俯仰旋转设计

俯仰维设计时考虑最终负载目标发生器的质心最好应在俯仰旋转轴上, 这样运动时无偏载, 可很好的实现俯仰动态性能及精度。这样采用U-U型框架实现俯仰机构, 内U框架既为俯仰功能框又为带载接口框架;外U型框架为俯仰支撑框架, 通过定位直接安装在升降机构的支撑台面上。传动单元为采用日本安川伺服电机驱动及匹配减速器驱动轴系实现。图5为俯仰框架设计效果图,

3 结束语

为了进行优化设计, 本运动模拟单元通过三维实体建模, 获得了大量的用于计算和优化的信息, 这些信息用来进行优化设计计算, 对结构的优化、电机的优选及反馈原件的布置都起到了很大的作用, 通过实体加工检测, 很好的完成了设计指标。

参考文献

[1]孙恒, 傅则绍.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2001.

正反循环钻机总体思路设计 篇10

1 总体功能原理设计

1.1 设计题目分析

1.2 功能模块分析

1.3 总体功能原理

2 总体技术任务拟定

2.1 非量化指标

2.2 量化指标

类比同类产品, 按照国家标准, 应当实现以下参数。

3 总体驱动方案设计

3.1 发动机选型

选用BF-V142柴油发电机组, 参数如下:

频率:50Hz;主用功率:104k W;备用功率:114k W;

尺寸:;柴油机:VOLVO TD520GE

3.2 总体驱动方案

1) 可选驱动方案

(1) 内燃机——机械驱动

(2) 内燃机——电力驱动

(3) 内燃机——液压驱动

(4) 内燃机——液力——机械驱动

2) 确定驱动方案

(1) 钻进作业驱动方案

内燃机——电力——机械驱动

(2) 起升作业驱动方案

内燃机——电力——机械驱动

(3) 底盘驱动方案

内燃机——电力——液力——机械驱动

3) 总体驱动原理

(1) 总体驱动框图[4]

(2) 总体驱动原理描述

该驱动方案的动力传动分钻进作业、卷扬提升和底盘驱动系统三部分, 以及泥浆泵和真空泵辅助系统。所有的系统均由电动机来驱动。

4 结束语

笔者总体思路上设计了一台正反循环钻机, 对钻机的钻进性能进行了很好的改进。

参考文献

[1]李振亚.我国冲击反循环桩孔钻机的现状与发展[J].探矿工程, 2001, (1) .

[2]曾国辉, 沈培, 岳鸿, 等.浅谈S-500泵吸反循环钻机的施工工艺[J].西部探矿工程, 2006, (9) .

[3]胡定成.CFZ-1500型冲击反循环钻机研制中的几个问题.探矿工程[J].2000, (2) .

空空导弹PHM系统总体设计研究 篇11

关键词：空空导弹；PHM框架模型；包装箱；电气属性

中图分类号：TJ760.7 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）05-0055-05

0 引 言

空空导弹作为现代空战的主要武器，在夺取制空权中发挥着重要作用。随着精确制导技术、微机电技术的迅速发展，空空导弹的性能越来越优良，结构越来越复杂，成本也越来越高，因此，研究空空导弹装备的PHM运用显得很有必要。空空导弹的PHM运用主要是为了提高战备完好率，优化保障模式，增强保障效率。PHM由两部分组成[1]：故障预测，即对装备进行故障诊断、状态评估，发现潜在故障，预计剩余寿命和剩余工作时间；健康管理，即根据故障诊断/预测信息制定维修决策，优化资源配置。如何将PHM在飞机和发动机方面的研究成果借鉴性地运用到空空导弹中，是研究的重点所在。

1 系统总体框架组成 1.1 空空导弹结构组成

空空导弹主要由导引系统、飞控系统、引战系统、推进系统、能源系统和弹体系统六部分组成：导引系统，接收和处理敌机、机上火控系统发送过来的信号，锁定并跟近敌机，控制导弹按照既定轨迹飞行；飞控系统，对空空导弹的飞行起到控制和稳定作用，通过控制导弹的俯仰角度、偏航角度和滚转角度，使导弹在飞行弹道上稳定飞行，并且具有较好的阻尼特性、响应特性以及合适的飞行过载；引战系统，即引信、战斗部和安保机构系统，当导弹按照预定的轨迹飞向目标时，导弹的安保机构和引信按照装定的程序工作，在距离目标适当距离时，引爆战斗部，毁伤目标；推进系统，一般指空空导弹内部的固体火箭发动机，为导弹机动飞行提供推力，达到相应的飞行马赫数和攻击距离；能源系统，指空空导弹上的电源、气源和液压源，电源为导弹发射、接收和处理信号提供电能，气源主要用于制冷以提高制导精度，液压源为弹上液压装置提供动力；弹体系统由弹身、弹翼、舵面等组成，空空导弹的各个舱段组合在一起，构成一体形成弹身。

1.2 空空导弹PHM框架模型

根据OSA-CBM（视情维修开放体系）结构[2]和空空导弹结构组成，构建如图1所示的PHM结构模型。OSA-CBM由七个模块组成：数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块、健康评估模块、预测模块、分析决策模块和接口模块。所谓开放式结构，是指七个功能模块之间没有严格的区分，即存在交集部分，有的模块是可以缺少的，其中数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块和接口模块是必不可少的，而其他的三个模块可根据具体应用进行选择。

在导弹的六个系统部位安装传感器节点，采集各个系统的信号，运用一系列算法进行特征提取、数据融合和转换，传输到状态监测模块进行识别与状态评估。健康评估模块根据历史数据或者相应的性能指标判断各个部位的状态，如果正常，可以根据数据变化趋势，进行剩余寿命预测；如果出现异常，进行故障隔离与精确定位。分析决策模块根据预测单元的数据进行综合分析，提出维修决策：如果导弹处于库存或者战备状态，技术人员就可以直接采取维修活动；如果导弹在挂飞状态，飞行员可以根据显示提醒，不打出该弹，在保证载机安全的情况下带弹着陆，进行维修。飞机在为飞行员做出导弹状态提醒的同时，向地面发送导弹故障信息，塔台进行态势评估，以帮助飞行员进行决策。在对导弹进行状态评估与维修决策制定的过程中，任务管理模块对过程中的每一个环节进行控制与协调，动态数据存储模块则根据具体任务对存储空间进行动态分配。

空空导弹PHM结构是一种理想条件下的模型[3]，其实施需要在导弹的设计、生产过程中就植入PHM技术。然而，目前现役的大批量空空导弹早已成型，无法进行结构上的改装。要想预测空空导弹的故障，实现健康管理，可以建立监测空空导弹所处环境参数的传感器系统，也可以利用电气属性测试进行健康评估。

2 包装箱状态监控系统

空空导弹一般放在包装箱内，抽真空或者充氮包装，包装箱内部的环境也就是导弹所处的环境。虽然每个库房都有相应的温湿度监测仪器，但是那只是整个大库房某些局部点的平均温湿度。由于库房较大，导弹或者包装箱较多，温湿度监测参数对于单枚导弹状态来说并不具有代表性，不能表征空空导弹关键部位的温湿度。另外，导弹库房的设备只进行温湿度监测，无法监测导弹包装箱所受到振动信息、加速度，也无法知道导弹的包装箱或者导弹弹袋是否漏气，导弹承受的冲击、跌落等信息也无法获取。为了保证导弹所处状态可控，保证导弹处于一个良好的环境状态之中，对导弹进行健康管理，提高导弹战备率，有必要建立空空导弹包装箱状态监控系统。

2.1 监测参数

建立空空导弹所处包装箱的状态监控系统，对导弹所处环境的一系列参数进行监控，其中有温度、湿度、振动、大气压力、加速度、电磁等。

（1）温度。包装箱内的温度要保持在30℃度以内，20℃较佳，温度过高、过低或者剧烈变化都会对导弹产生影响：温度过高，会加速导弹内部金属部件的腐蚀和橡胶件、塑料件、防护漆层的老化变质，也会使战斗部装药变质，性能变坏；温度过低，会使导弹内部的橡胶件发脆而强度下降，塑料件发硬而断裂，防护漆层变脆脱落等；温度剧烈变化会使导弹战斗部装药表面结露受潮，使导弹内部无线电引信中的晶体管损坏。

（2）湿度。导弹所处环境的湿度也要处于一定的范围，一般不超过70%，40%较佳：如果湿度过小，导弹内部的皮革件就会变脆断裂，火药中的水分蒸发使得燃速增大；如果湿度过大，会使导弹金属部件锈蚀，包装箱、纸布、皮革等受潮霉烂腐朽，导弹内部的橡胶件塑性和强度下降，还会使导弹装药变质、性能变坏，火帽中的击发药作用不可靠，严重时瞎火。

（3）振动。包装箱受到的振动主要采用振动传感器进行监测，利用拾震器记录导弹所受到的振动冲击，比如可以捕捉库房内外人员或保障装备活动等产生的较大震动信号。经常性的振动会使导弹内部陀螺、导引头和紧固件发生松动现象，也不利于导弹装药性能的稳定。

（4）大气压力。为了防止导弹部件不被空气氧化，导弹加装弹衣抽真空或者充氮气进行包装，当压力发生明显变化时，可以通过对包装箱内部压力的检测及时发现：抽真空包装时，当出现气密性问题时，包装箱内部由于有空气的进入，使压力增大；充氮气包装时，当出现气密性问题时，包装箱内部的压力会降低。包装箱内部抽真空或者充氮气的另一个目的是为了防止菌类的繁衍生长。

（5）加速度。包装箱内部配置加速度传感器可以用来监测节点所处状态的平衡情况，对于防跌落尤为重要。对传感器进行模式[4]设置，以节约电源：一般情况下，导弹包装箱的加速度为零，节点初始状态运行在低功耗模式，一旦有加速度产生，传感器立刻进入数据采集状态，并判定采集的数据。如果数据大于事先设定的阈值，表明导弹处在不平衡状态，有可能出现跌落、倾斜或者滑落情况，监测节点随即进入工作状态，并发出报警信号，通知库房人员处理。

（6）电磁。空空导弹一般采用固体火箭发动机作为推力装置，其点火系统异常敏感，一旦发生故障，要么点火系统失效，导弹无法正常点火，要么异常发火，造成严重人员伤亡[5]。影响点火系统的监测因素除了上述的温度、冲击之外，电磁环境对点火系统影响最大。点火系统一般采用电启动发生，电磁环境主要影响点火系统的电路，造成电路误启动，从而将点火能量输送给点火装置引起误点火或感应足够的能量引起误点火。

2.2 传感器选型要求

PHM运用中，应该根据测量参数范围、传感器成本、传感器尺寸和重量等进行选择。由于传感器的运用受到电源、传输方式、板上存储器等影响，应该根据具体情况选择是使用内置电源还是外置电源，采用有线传输方式还是无线传输方式。包装箱内传感器节点的布置应尽量不影响包装箱的结构与组装方式，既减少对包装箱的损坏，同时又能够实时准确地获取监测数据。传感器的选型应该根据实际，选择体积较小、功耗较低的MEMS传感器[6-7]。由于采用低功耗传感器，传感器可以在工作模式、空闲模式和休眠模式之间进行合理转换，电源消耗较少，在很长一段时间内都不需要更换电池。如果传感器是数字输出型，根据采集的参数，直接进行判断，只有超过一定的取值范围才进行数据传输。

2.3 监测系统模型

导弹包装箱状态监控传感器网络节点通用平台的硬件系统框图如图2所示。系统包括传感器模块、微处理器模块、库房数据处理中心和相应的呼叫响应设备。该节点能够对包装箱内部的温度、湿度、振动等参数进行数据采集，对于在设定范围内的数值停留在传感器一级进行处理；对于超出设定范围的数值经过无线/有线信号发送到微处理器，经微处理器内部的专家系统或推理算法对多个传感器数据综合分析之后，将该包装箱数据运行结果发送到库房数据处理与监控中心。如果多个包装箱都存在普遍的温湿度问题，可以通过中央空调调节库房温湿度，从而改善各个包装箱内部温湿度。当然，如果存在突发的强烈振动或者个别包装箱过热过湿情况，微处理器将直接利用自身报警装置报警，呼叫技术人员立即处理，同时也将数据发送到监控中心。

状态监控系统微处理器内置的显示模块实时显示各个无线传感器节点的工作情况。如果发现某个无线传感器节点失效，微处理器的显示模块就显示失效节点的标识号，库房工作人员可及时更换或检修失效节点，保证库房包装箱检测区域不存在检测死角。当库房包装箱内有异常情况发生时，微处理器又可以作为报警器使用，内置的报警装置可及时报警异常情况。报警装置的报警上限可以自行设定，可以在不同的气候地域视具体情况设定不同的安全界限。导弹包装箱内部网络模型结构如图3所示。对于使用金属包装箱的导弹，内部传感器节点不能使用无线网络进行数据传输，应该采用有线传输方式。

3 基于电气属性参数的健康评估

就目前来看，实时采集空空导弹在贮存环境中的状态参数，可以量化导弹受到的振动、冲击和承受的温湿度变化，但是这对于故障诊断、状态评估还远远不够。要实现对空空导弹健康状态的管理，合理制定维修决策，还需要采集来自导弹内部重要部件的数据参数。

3.1 检测设备的测试参数

空空导弹测试设备用来对导弹进行性能测试，测试结果作为判断导弹技术状态的依据。空空导弹分为红外型和雷达型，不同类别的导弹测试时获得的参数不相同[8]。

红外型空空导弹测试的主要性能参数有：①导引系统主要测试音响信号、陀螺频率、陀螺惯性频率、跟踪角速度和跟踪范围；②飞控系统主要测试归零力矩、安全延迟、零位力矩、控制舱斜率；③能源系统主要测试涡轮频率、电压、消耗电流、电源频率；④引战系统主要测试触发引信电路、近炸引信参数、自炸时间、点火电路、点火电阻。不同型号的红外型空空导弹还有各种不同的要求，如超前偏置能力、电气延迟、气动延迟、极限环频率、通道一致性、双通道干扰跟踪和控制信号的对称性、近炸引信气动能力和灵敏度等。雷达型空空导弹测试的主要性能参数有：①导引系统主要测试角度搜索范围、搜索频率和周期、接收系统灵敏度和截获周期、角度跟踪范围及速率、速度跟踪范围及速率、定向斜率；②飞控系统主要测试预偏力矩、预偏时间、零位力矩、目标指示；③能源系统主要测试电池供电电压和电流、涡轮频率；④引战系统主要测试触发引信电路、引爆信号、自炸时间、点火电路，点火电阻。不同的雷达型空空导弹还有不同的性能参数，如角度预定精度、速度预定精度、测角精度、测速精度、发射机功率、接收机噪声系数、工作频率、天线罩瞄准误差斜率等。3.2 建立健康评估模型测试设备运行既定程序对空空导弹进行逐项测试，将测试参数与预先设定的取值范围进行比较，测试值在设定范围之内，则给出“合格”的结论，否则标为“不合格”。由于设定的取值范围比较宽，符合这个参数标准的空空导弹都输出一个“合格”结果，虽然都是合格，但是导弹的质量优良程度不得而知，相比以往测试结果，导弹技术性能有无下降不得而知。如果能够对测试合格的空空导弹进行健康评估，获得优良性能指标，就可以对导弹进行排序分类，据此制定维修决策，加强对导弹装备的管理。

根据测试原理和空空导弹结构，可以建立健康评估的层次分析模型或者贝叶斯网络模型，现以层次分析模型为例介绍。对于有一定取值范围的属性参数，可以根据测试原理和参数设定模型建立打分标准：选择一个数值范围健康指标设置为100，参数上限与下限指标为60，根据参数分布情况（线性分布、指数分布、二次分布等）对具体的测试值进行打分。对于定上限或者定下限的参数，处于理想范围的取值设置为100，选取临界值为合格打分60，其他取值参照取值模型设置。在一个子系统中，比如导引系统，根据音响信号、陀螺频率、陀螺惯性频率、跟踪角速度和跟踪范围所占的不同权重，计算出导引系统的健康分值。以此类推，计算出其他各个系统的健康分值，通过六大系统的健康分值与各自占有的权重，得出空空导弹健康分值。两次层次中的权重取值根据专家评分确定。空空导弹健康评估模型如图4所示。

根据评估分值可以对合格导弹进行健康指标排序，打靶试验或者战备值班时优先选择指标高的导弹。对于健康指标很低的导弹，可以根据子系统得分确定影响健康状况的测试参数，进而进行故障大致定位，制定维修决策进行排故。

4 结 束 语

参照空空导弹PHM结构模型，提出的两个在现役导弹中应用PHM技术的模型具有一定的借鉴意义，也为实现健康管理提供了参考。健康评估模型是在具有一定取值范围的电气属性参数基础上建立的，对于没有取值范围的电气参数还需要进一步详尽分析，以完善评估模型。

参考文献：

[1]张宝珍.国外综合诊断、预测与健康管理技术的发展及应用[J].计算机测量与控制，2008，16（5）：591-594.

[2]龙凤，王忠，程绪建，等.航天电子产品的PHM技术研究[J].微电子学与计算机，2010，27（10）：96-100.

[3]洪晟，陶文辉，路君里，等.基于综合PHM方法的导弹维修保障综述[J].计算机测量与控制，2012，20（4）：862-868.

[4]ChengS，AzarianMH，PechtMG.SensorSystemsfor PrognosticsandHealthManagement[J].Sensors，2010，10（6）：5774-5797.

[5]吴进煌.舰空导弹发动机意外点火故障树分析[J].海军航空工程学院学报，2006，21（6）：653-656.

[6]胥震，欧阳清，施冠羽，等.微机械电容式加速度传感器的设计与加工工艺[J].仪表技术与传感器，2012，（10）：1-14.

[7]李其昌，王广龙，王竹林，等.基于MEMS的PHM系统微传感器网络节点设计[J].传感器与微系统，2012，31（10）：91-96.

[8]王茜，戴革林.空空导弹测试设备[M].北京：蓝天出版社，2008：64-118.

根据测试原理和空空导弹结构，可以建立健康评估的层次分析模型或者贝叶斯网络模型，现以层次分析模型为例介绍。对于有一定取值范围的属性参数，可以根据测试原理和参数设定模型建立打分标准：选择一个数值范围健康指标设置为100，参数上限与下限指标为60，根据参数分布情况（线性分布、指数分布、二次分布等）对具体的测试值进行打分。对于定上限或者定下限的参数，处于理想范围的取值设置为100，选取临界值为合格打分60，其他取值参照取值模型设置。在一个子系统中，比如导引系统，根据音响信号、陀螺频率、陀螺惯性频率、跟踪角速度和跟踪范围所占的不同权重，计算出导引系统的健康分值。以此类推，计算出其他各个系统的健康分值，通过六大系统的健康分值与各自占有的权重，得出空空导弹健康分值。两次层次中的权重取值根据专家评分确定。空空导弹健康评估模型如图4所示。

根据评估分值可以对合格导弹进行健康指标排序，打靶试验或者战备值班时优先选择指标高的导弹。对于健康指标很低的导弹，可以根据子系统得分确定影响健康状况的测试参数，进而进行故障大致定位，制定维修决策进行排故。

4 结 束 语

参照空空导弹PHM结构模型，提出的两个在现役导弹中应用PHM技术的模型具有一定的借鉴意义，也为实现健康管理提供了参考。健康评估模型是在具有一定取值范围的电气属性参数基础上建立的，对于没有取值范围的电气参数还需要进一步详尽分析，以完善评估模型。

参考文献：

[1]张宝珍.国外综合诊断、预测与健康管理技术的发展及应用[J].计算机测量与控制，2008，16（5）：591-594.

[2]龙凤，王忠，程绪建，等.航天电子产品的PHM技术研究[J].微电子学与计算机，2010，27（10）：96-100.

[3]洪晟，陶文辉，路君里，等.基于综合PHM方法的导弹维修保障综述[J].计算机测量与控制，2012，20（4）：862-868.

[4]ChengS，AzarianMH，PechtMG.SensorSystemsfor PrognosticsandHealthManagement[J].Sensors，2010，10（6）：5774-5797.

[5]吴进煌.舰空导弹发动机意外点火故障树分析[J].海军航空工程学院学报，2006，21（6）：653-656.

[6]胥震，欧阳清，施冠羽，等.微机械电容式加速度传感器的设计与加工工艺[J].仪表技术与传感器，2012，（10）：1-14.

[7]李其昌，王广龙，王竹林，等.基于MEMS的PHM系统微传感器网络节点设计[J].传感器与微系统，2012，31（10）：91-96.

[8]王茜，戴革林.空空导弹测试设备[M].北京：蓝天出版社，2008：64-118.

根据测试原理和空空导弹结构，可以建立健康评估的层次分析模型或者贝叶斯网络模型，现以层次分析模型为例介绍。对于有一定取值范围的属性参数，可以根据测试原理和参数设定模型建立打分标准：选择一个数值范围健康指标设置为100，参数上限与下限指标为60，根据参数分布情况（线性分布、指数分布、二次分布等）对具体的测试值进行打分。对于定上限或者定下限的参数，处于理想范围的取值设置为100，选取临界值为合格打分60，其他取值参照取值模型设置。在一个子系统中，比如导引系统，根据音响信号、陀螺频率、陀螺惯性频率、跟踪角速度和跟踪范围所占的不同权重，计算出导引系统的健康分值。以此类推，计算出其他各个系统的健康分值，通过六大系统的健康分值与各自占有的权重，得出空空导弹健康分值。两次层次中的权重取值根据专家评分确定。空空导弹健康评估模型如图4所示。

根据评估分值可以对合格导弹进行健康指标排序，打靶试验或者战备值班时优先选择指标高的导弹。对于健康指标很低的导弹，可以根据子系统得分确定影响健康状况的测试参数，进而进行故障大致定位，制定维修决策进行排故。

4 结 束 语

参照空空导弹PHM结构模型，提出的两个在现役导弹中应用PHM技术的模型具有一定的借鉴意义，也为实现健康管理提供了参考。健康评估模型是在具有一定取值范围的电气属性参数基础上建立的，对于没有取值范围的电气参数还需要进一步详尽分析，以完善评估模型。

参考文献：

[1]张宝珍.国外综合诊断、预测与健康管理技术的发展及应用[J].计算机测量与控制，2008，16（5）：591-594.

[2]龙凤，王忠，程绪建，等.航天电子产品的PHM技术研究[J].微电子学与计算机，2010，27（10）：96-100.

[3]洪晟，陶文辉，路君里，等.基于综合PHM方法的导弹维修保障综述[J].计算机测量与控制，2012，20（4）：862-868.

[4]ChengS，AzarianMH，PechtMG.SensorSystemsfor PrognosticsandHealthManagement[J].Sensors，2010，10（6）：5774-5797.

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[7]李其昌，王广龙，王竹林，等.基于MEMS的PHM系统微传感器网络节点设计[J].传感器与微系统，2012，31（10）：91-96.

居住区景观总体设计 篇12

1居住区景观规划设计应遵循的基本原则

居住区景观的设计包括对基地自然状况的研究和利用,对空间关系的处理和发挥,以及居住区整体风格的融合和协调。包括道路的布置、水景的组织、路面的铺砌、照明设计、小品的设计、公共设施的处理等等,这些方面既有功能意义,又涉及到视觉和心理感受[1]。在进行景观设计时,应注意整体性、实用性、艺术性、趣味性的结合。

1.1 空间组织立意

景观设计必须呼应居住区设计整体风格的主题,硬质景观要同绿化等软质景观相协调。不同居住区设计风格将产生不同的景观配置效果,现代风格的住宅适宜采用现代景观造园手法,地方风格的住宅则适宜采用具有地方特色和历史语言的造园思路和手法。当然,城市设计和园林设计的一般规律诸如对景、轴线、节点、路径、视觉走廊、空间的开合等,都是通用的。同时,景观设计要根据空间的开放度和私密性组织空间[2]。

1.2 体现地方特征

景观设计要充分体现地方特征和基地的自然特色。我国幅员辽阔,自然区域和文化地域的特征相去甚远,居住区景观设计要把握这些特点,营造出富有地方特色的环境。同时居住区景观应充分利用区内的地形地貌特点,塑造出富有创意和个性的景观空间。

1.3 使用现代材料

材料的选用是居住区景观设计的重要内容,应尽量使用当地较为常见的材料,体现当地的自然特色。当然,特定地段的需要和业主的需求也是应该考虑的因素。环境景观的设计还必须注意运行维护的方便。常出现这种情况,一个好的设计在建成后因维护不方便而逐渐遭到破坏,因此,设计中要考虑维护的方便易行,才能保证高品质的环境日久弥新。

1.4 点线面相结合

环境景观中的点,是整个环境设计中的精彩所在。这些点元素经过相互交织的道路、河道等线性元素贯穿起来,点线景观元素使得居住区的空间变得有序。在居住区的入口或中心等地区,线与线的交织与碰撞又形成面的概念,面是全居住区中景观汇集的高潮。点线面结合的景观系列是居住区景观设计的基本原则。在现代居住区规划中,传统空间布局手法已很难形成有创意的景观空间,必须将人与景观有机融合,从而构筑全新的空间网络:1)亲地空间,增加居民接触地面的机会,创造适合各类人群活动的室外场地和各种形式的屋顶花园等等。2)亲水空间,居住区硬质景观要充分挖掘水的内涵,体现东方理水文化,营造出人们亲水、观水、听水、戏水的场所。3)亲绿空间,硬软景观应有机结合,充分利用车库、台地、坡地、宅前屋后构造充满活力和自然情调的绿色环境。4)亲子空间,居住区中要充分考虑儿童活动的场地和设施,培养儿童友好、合作、冒险的精神。

2 居住区景观的构成

景观的使用几乎渗透到了居住区环境的各个角落,在景观设计中如何对这些设计元素进行综合取舍合理配置乃是景观设计的要点。

2.1 绿化现代居住区的园艺绿化呈现几种趋势

1)种植绿化乔、灌、花、草结合,马尼拉、火凤凰等草类地被植物塑造了绿茵盎然的植物背景,点缀具有观赏性的高大乔木如香樟、玉兰、棕榈、银杏等,以及丛栽的球状灌木和颜色鲜艳的花卉,高低错落、远近分明、疏密有致,绿化景观层次丰富[3]。

2)种植绿化平面与立体结合,居住区绿化已从水平方向转向水平和垂直相结合,根据绿化位置不同,垂直绿化可分为围墙绿化、阳台绿化、屋顶绿化、悬挂绿化、攀爬绿化等。

3)种植绿化实用性与艺术性结合,追求构图、颜色、对比、质感,形成绿点、绿带、绿廊、绿坡、绿面、绿窗等绿色景观,同时讲究和硬质景观的结合使用,也注意绿化的维护和保养。所有这些都极大地丰富了居住区绿化的内涵[3]。

2.2 道路

道路是居住区的构成框架,一方面它起到了疏导居住区交通、组织居住区空间的功能,另一方面,好的道路设计本身也构成居住区的一道亮丽风景线。按使用功能划分,居住区道路一般分为车行道和宅间人行道。居住区道路尤其是宅间路,其往往和路牙、路边的块石、休闲坐椅、植物配置、灯具等,共同构成居住区最基本的景观线。因此,在进行居住区道路设计时,我们有必要对道路的平曲线、竖曲线、宽窄和分幅、铺装材质、绿化装饰等进行综合考虑,以赋予道路美的形式。

2.3 驳岸

河道驳岸起到防洪泻洪,防护堤岸的作用。在硬质景观设计中如能巧妙地在驳岸的形式、材质上做文章,通过河道的宽窄和形态控制水流速度,制造急流、缓流、静水,形成动静结合、错落有致,自然与人工交融的水景,再辅以灯光、喷泉、绿化、栏杆等装饰,则可形成区内多视线、全天候的标志景观[5]。

2.4 铺地

广场铺地在居住区中是人们通过和逗留的场所,是人流集中的地方。在规划设计中,通过它的地坪高差、材质、颜色、肌理、图案的变化创造出富有魅力的路面和场地景观。目前在居住区中铺地材料有几种,如:广场砖、石材、混凝土砌块、装饰混凝土、卵石、木材等等。优秀的硬地铺装往往别具匠心,极富装饰美感。如某小区中的装饰混凝土广场中嵌入孩童脚印,具有强烈的方向感和趣味性。

2.5 小品

小品在居住区硬质景观中具有举足轻重的作用,精心设计的小品往往成为人们视觉的焦点和小区的标识。小品一般包括雕塑小品,园艺小品,设施小品等。

3 案例分析

笔者以长沙某小区为例,理论联系实际详细介绍居住区景观设计所应遵循的原则及景观构成。

3.1 现状分析

此项目位于长沙市岳麓区,处于城市中心区的一级辐射地域。西临规划二环路,南临含光路,隔路为新建的岳麓区政府,地理位置在未来城市发展中属于较好的区域。

整个项目用地被城市规划道路分为大小不等的四块用地,分三期开发,现一期南区已建成并售罄,北区仍在建,二期作为连接一、三期的景观和交通的枢纽点,在整个项目中起着承前启后的重要作用。故以二期为重点来分析景观设计的原则及构成要素。

二期项目用地为约97 000 m2,总体地形东低西高,因保留原用的道路望藕路而分为两个地块,其中东端地块为坑洼地,西南端地块为植被情况较好的山坡地,并有部分水体。用地东面有一小山头,植被现状较为杂乱,大部分乔木已遭破坏。规划住宅建筑面积约16万m2,产品由电梯公寓、洋房、联排别墅构成。二期因用地道路望藕路分为两个地块,其中东端地块为坑洼地形,整体规划电梯公寓产品;西端地块为坡地,依坡地形状规划以洋房为主辅以少量联排别墅,沿茶山路坡底规划为电梯公寓。

3.2 规划景观设计

二期总体规划充分利用用地现状的山地高差地形,结合用地内良好的生态及景观要素,充分挖掘坡谷地题材及沿线绿林自然资源,通过设计的整合,创造独特的“生态坡谷地”、“亲地House”高档社区,景观上主要分为小区主入口及中心景观、步行入口组团景观、小区主次入口道路景观、小区沟谷、组团空间等景观节点,各个节点在保持自身特色的同时又相互渗透、密切联系。

3.2.1 中心景观

一进小区,首先映入眼帘的是一组具有强烈视觉冲击力的景观小品、雕塑、涌泉与叠水的灵活组合,让人既觉得尊贵大气又不失亲切感,同时用观形态优美、赏性比较强的加那利海枣增添了入口的豪华感,整个景观氛围充满情调。

小溪始于谷地的高处,穿过桥底,流过亭边,经过瀑布和跌水,来到中心景观区,中心景观在保留原有樟树的前提条件下,对这个交通与景观的枢纽点进行了重点的布控,整个设计打破被交通四面分割的杂乱感,把整个场地融入到一个椭圆形的围合空间中,在不影响正常交通的同时使场地更加规整、有序不乱。景观还通过特色喷水花钵、特色铺装图案与水中婆娑的防寒棕榈科植物一一加那利海枣营造出具有强烈视觉震撼力的中心景观,欢乐的喷水声更为广场增添了生气与活力。中心景观丰富了景观的层次,使主干道的空间效果更加立体化的同时也避免了一进小区便一览无余的视觉效果。

3.2.2 步行入口及组团景观

整个入口的景观设计作为景观主轴的重要组成部分,自然溪谷的延伸,结合地形,围绕以山体、溪谷为主要地形特征及大生态的设计理念,并结合长沙当地丰富的植被条件和施工的土方平衡等因素,把整个地形加以整合,在原有地形脉络的基础上再堆出一座小山坡和两山之间扬长而过的小溪使整个景观更加协调。在整个景观处理上避免平铺直叙的同时力求在空间和景观节点上演奏出一曲富有激情节奏的交响乐。使其既区别于长沙当地其他同类项目的景观特点,又具有强烈的可识别性、可记忆性和可传颂性。

首先,把步行入口设计成一个特色广场,不同形式和不同材质的铺装,成为一个视觉的焦点。整个入口广场在为小区举行大型活动提供一个大的场所的同时也更好地连接了两边商业街的空间,更为以后的售楼通道打开一个豪华、气派的幸福之门。

入口广场的前方在水中设计了两排简洁整齐的景观树,起到了分割空间的作用,也避免了一进小区便一览无余的视觉效果。广场左侧在保留原有植被的基础上,丰富了上层、中层、地被以及垂直方向上的植物,构成良好的植物群落结构,起到生态效应,丰富空间类型,成为以植物造景为主的景观。右侧透过树墙,是一组景墙与植物相结合的景观,饶过木栈道,进入水体与艺术地形等相互结合的特色场地,在这里有蜿蜒的溪流、潺潺的流水、绿意葱葱的茂密森林、嫩黄的草坡、有趣的山涧小路、山顶的眺望亭、儿童的游戏园、老人家的养生园、年轻人的活力园等等,小径蜿蜒于溪流边,串联起休闲、娱乐、休憩等场所,结合地形高差,强调山坡谷地、层次丰富、植被茂盛、亲切幽雅的空间效果,与小区紧密结合,为社区居民提供休闲服务及良好景观视线。

3.2.3 小区入口道路景观

通过岗亭、铺装材料和行道树的处理,创造一个具有震撼力、可识别性的景观空间;注重社区内主次干道路景观的连接,考虑景观的层次性和视觉焦点中心,同时也考虑远近景结合的关系。

3.2.4 小区“沟谷”

“山虽不奇、有寻常之美;木虽不秀、贵在天然乡土”。景观设计努力营造出自然气息浓郁的都市绿洲景观,以切合自然、舒适的气息。尽量减少硬质铺地的范围及面积,强调绿意盎然的景观效果,只在一些重要节点进行大手笔的硬质景观设计,塑造具有强烈的视觉冲击力及震撼力的景观氛围。结合地形高差,强调山坡谷地、层次丰富、植被茂盛、亲切幽雅的空间效果。位于观景平台上,可眺望整个沟谷的风光,翠绿之下水光月色,翠绿之上的风飞云起,倚靠在眺望亭上,巍然壮阔、自然溪谷各大美景尽收眼底,邀您一起来享受一趟森林浴,与大地共生息。

3.2.5 组团空间

强调私密、幽静、植被茂盛的空间效果。注重各个组团间的差异性、主题性原则,采用多样化的空间尺度和处理手法,营造小中见大的景观效果,同时注重各个组团的联系,使各组团间既各具特色又是一个不可分割的整体。

3.2.6 山地Townhouse

遵循生态性、生活性原则,结合山地地形,尽可能的保留原有生态及植被,强调原生态的、层次丰富的山地居住区景观效果。充分考虑人们需要的是什么,真正做到从人出发、以人为本,注重人的参与性,在楼宇之间设有充分释放心情的绿色环境和邻里交流的空间,并为住户提供尽可能多的可参与性的景观空间。

4 结 语

此住宅小区的景观设计在融入大环境大生态的同时,利用合理的规划,适当地设置水景景观,根据小区内绿化植物的生长特性,适当搭配,可营造出人与自然充分亲近的休憩生活境域,使久居闹市的居民获得重返自然的身心感受。

摘要：随着社会发展,人们对住宅的需求已经不满足于简单的居住要求。文中总结了居住小区景观设计的发展,概括了已有的绿化景观设计理念,并介绍了某住宅小区的景观设计。

关键词：居住小区,景观设计

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