为了充分利用无人机在三维空间的灵活性,提出了一种以无人机为空中基站的OFDM-SWIPT轨迹通信联合优化设计方案。通过联合优化无人机飞行轨迹和资源分配,以用户平均捕获能量为约束条件,使所有用户的平均可实现率最大化。进一步分别对资源分配和无人机轨迹进行优化。前者是一个混合整数非凸优化问题,提出了一种三变量交替迭代算法,以获得最优的用户调度、子载波和功率分配。后者是一个非凸优化问题,可以将其转化为凸优化最优轨迹问题。仿真结果表明,该算法具有良好的收敛性和鲁棒性,同时,该方案既能保证平均捕获能量,又能提供与其他飞行模式相比的最佳平均可实现速率。

针对云粒子组合探测器改装结构布局形式多、质量偏大等问题,对某试验机的云粒子组合探测器改装结构采用了拓扑-尺寸联合优化设计方法,探索改装结构的最优结构布局及最小质量尺寸。采用变密度法对改装结构进行拓扑优化,获得了最优的结构布局形式和最佳的传力路线;以最小质量为目标函数,在满足强度和刚度的约束条件下,对结构的厚度参数进行了尺寸优化,使结构质量减轻了22.33%,减重效果明显,验证了拓扑-尺寸联合优化设计方法在试验机改装结构设计的有效性。

针对高超声速稳态巡航飞行的气动参数/轨迹联合优化问题,设计了嵌套形式的两级优化器。其中,内层优化器针对巡航轨迹进行优化,优化算法选用序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming,SQP);外层优化器基于巡航轨迹的优化结果,对气动参数进行优化,分别采用序列二次规划算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和基于两者的混合算法进行优化。对整个联合优化问题进行了描述,对嵌套联合优化的方法优势和流程进行了说明。给出了嵌套优化器在内外2层的优化模型,包含设计变量、目标函数和约束条件。最后,进行了多组联合优化仿真,得到了巡航航程随升阻比提高的优化幅度曲线。同时,对不同外层优化算法下的优化全局性、计算效率等进行了对比分析,并结合各方法的优缺点,给出了实际优化问题中优化算法选用的建议。

针对汽车钣金类支架的优化问题,为了减轻支架重量,增强支架刚度。基于有限元中的变密度法,利用Hypermesh软件中的Optistruct模块对某车型汽车ESP支架进行拓扑优化和形貌优化联合优化分析,并利用Optistruct中的OSSmooth模块对优化后的结果进行处理,然后导到CAD软件中进行二次设计。对改进的结构进行分析并与原结构的分析结果进行比较,结果表明优化后的质量减少6%,一阶固有频率提高48%,最大应力减少16%,疲劳强度也大大增强,材料分布更为合理,该设计优化方法为汽车钣金类支架的设计提供了一个新的思路。