王凱劍 張睿 李巖

摘要：PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)為翼身融合布局客機(jī)的非圓截面機(jī)身結(jié)構(gòu)提供了一種創(chuàng)新的解決方案。本文對(duì)PRSEUS壁板進(jìn)行了不同載荷條件下的參數(shù)識(shí)別研究，提取了關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，提取了PRSEUS壁板的設(shè)計(jì)參數(shù)，在考慮各組件疊放順序的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)化建模。其次，基于ISIGHT平臺(tái)，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法，對(duì)PRSEUS壁板在承受機(jī)翼展向彎曲載荷、機(jī)身軸向彎曲載荷與客艙增壓載荷三種工況下的受力情況進(jìn)行了分析，提取關(guān)鍵參數(shù)。最后，采用組合優(yōu)化方案，對(duì)PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)在單一載荷與組合載荷下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了優(yōu)化效率。優(yōu)化后的PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)承載效率大幅提升，較初始方案減重11.696%，為翼身融合布局客機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：PRSEUS壁板；翼身融合客機(jī)；參數(shù)化建模；關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：V22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.05.007

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提出的環(huán)境友好航空項(xiàng)目（ERA）旨在通過(guò)探索新型的客機(jī)結(jié)構(gòu)概念，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，從而在滿足載荷條件的情況下提高燃油效率[1-2]。對(duì)傳統(tǒng)的“圓截面機(jī)身-機(jī)翼”結(jié)構(gòu)的改進(jìn)已不足以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，翼身融合（blended-wing-body，BWB）布局客機(jī)結(jié)合了飛翼布局與傳統(tǒng)運(yùn)輸機(jī)的特點(diǎn)，在氣動(dòng)、油耗、噪聲和載客量等性能方面相較傳統(tǒng)客機(jī)有顯著提升。早期，對(duì)翼身融合客機(jī)的研究側(cè)重于空氣動(dòng)力學(xué)、穩(wěn)定性與控制方面。近年來(lái)，能滿足BWB客機(jī)特點(diǎn)承載要求的新型結(jié)構(gòu)性能越來(lái)越受到關(guān)注[3-8]。

傳統(tǒng)的圓形截面機(jī)身承受增壓載荷時(shí)蒙皮會(huì)產(chǎn)生周向張力，然而B(niǎo)WB客機(jī)的壁板結(jié)構(gòu)會(huì)承受機(jī)身軸向與機(jī)翼展向的彎曲載荷、面內(nèi)載荷與客艙增壓載荷。而且，受壓面板承受雙重彎曲曲率（面板的中心和邊緣向相反方向彎曲），這會(huì)導(dǎo)致壁板出現(xiàn)較大的局部應(yīng)力。因此，與具有明確傳力路徑的傳統(tǒng)客機(jī)結(jié)構(gòu)相比，這種幾乎平坦的壁板結(jié)構(gòu)需采取新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足要求。為此，波音公司提出了拉擠桿縫合一體化結(jié)構(gòu)（pultruded rod stitched efficient unitized structure， PRSEUS），研究發(fā)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)在翼身融合客機(jī)中部使用具有巨大的發(fā)展前景[3-10]。

本文從PRSEUS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手，在考慮各組件疊放順序的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了由蒙皮、止裂帶、隔框及其泡沫芯、長(zhǎng)桁、拉擠桿等組成的PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)模型；提取其結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模；基于ISIGHT優(yōu)化平臺(tái)，集成參數(shù)化建模與有限元分析，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（design of experiment，DOE），對(duì)其承受機(jī)翼展向彎曲載荷、機(jī)身軸向彎曲載荷與內(nèi)部壓力載荷這三個(gè)典型工況進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)識(shí)別分析；結(jié)合DOE與數(shù)值優(yōu)化算法，考慮單一載荷與組合載荷，對(duì)PRSEUS壁板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到提高承載效率與減重的目標(biāo)，為后續(xù)的翼身融合客機(jī)結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)分析與建模

1.1 PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)主要由蒙皮、止裂帶、碳纖維包裹的拉擠桿與泡沫芯等部件組成，如圖1所示。蒙皮處于頂層，上覆隔框止裂帶與長(zhǎng)桁止裂帶，長(zhǎng)桁與隔框的底部翻邊與止裂帶、蒙皮縫合在一起，隔框與長(zhǎng)桁垂直布置。PRSEUS壁板主要用于翼身融合客機(jī)中部，與傳統(tǒng)布局客機(jī)不同，BWB客機(jī)處于飛行狀態(tài)時(shí)壁板主要承受三個(gè)方向的載荷，如圖2所示，且機(jī)身軸向彎曲載荷與機(jī)翼展向彎曲載荷處于同一數(shù)量級(jí)。機(jī)翼展向的彎曲載荷主要由隔框承擔(dān)，隔框內(nèi)部的泡沫芯可有效減輕結(jié)構(gòu)重量（質(zhì)量），并增加機(jī)翼展向的承載能力。布置在長(zhǎng)桁頂部的高模量拉擠桿承擔(dān)大部分機(jī)身軸向的彎曲載荷，有效地增強(qiáng)了壁板整體的抗彎性能。客艙內(nèi)部的增壓載荷由壁板整體承擔(dān)。長(zhǎng)桁與隔框的底部翻邊與止裂帶、蒙皮之間的縫合工藝有效抑制了復(fù)合材料分層。

1.2 PRSEUS壁板建模

本文選取的研究對(duì)象為含有雙隔框與5根長(zhǎng)桁的PRSEUS壁板。PRSEUS壁板幾何模型如圖3所示。

提取其主要設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化建模，共提取設(shè)計(jì)參數(shù)10個(gè)，設(shè)計(jì)參數(shù)與初始數(shù)值見(jiàn)表1。為提高有限元計(jì)算精度，需在建模時(shí)考慮各組件殼厚度因素。在有限元分析中，對(duì)殼單元一般采用參考面為中性面的方法來(lái)處理，本文在建模時(shí)根據(jù)PRSEUS壁板各部件的疊放順序，對(duì)各組件的位置采取參數(shù)化建模，使得其位置可根據(jù)參數(shù)改變自行調(diào)整，從而保證有限元計(jì)算精度，如圖4所示。PRSEUS壁板由下至上疊放順序?yàn)槊善ぁ⒏艨蛑沽褞?、長(zhǎng)桁止裂帶、長(zhǎng)桁、隔框，根據(jù)定義的厚度參數(shù)即可計(jì)算出各組件的偏移量，提高分析效率。

1.3 PRSEUS壁板有限元模型

有限元模型中，采用四節(jié)點(diǎn)殼單元模擬蒙皮、止裂帶、隔框與長(zhǎng)桁的包裹層；采用八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元模擬隔框泡沫芯與拉擠桿。在PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)中，長(zhǎng)桁貫穿隔框底部開(kāi)口形成支撐關(guān)系，如圖5所示。為模擬PRSEUS壁板隔框止裂帶與長(zhǎng)桁止裂帶的疊放關(guān)系且0°纖維方向不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將止裂帶幾何模型進(jìn)行分割之后再設(shè)置鋪層，實(shí)現(xiàn)雙向止裂帶的鋪層設(shè)計(jì)，如圖6所示。PRSEUS壁板整體有限元模型如圖7所示。

本文對(duì)PRSEUS壁板承受機(jī)翼展向彎曲載荷、機(jī)身軸向彎曲載荷與客艙增壓載荷三種工況進(jìn)行參數(shù)識(shí)別研究。對(duì)壁板的邊界條件設(shè)定如圖8所示，機(jī)翼展向彎曲載荷為10000N？m，機(jī)身軸向彎曲載荷為5000N？m，客艙增壓載荷為0.19MPa。

1.4 PRSEUS壁板材料參數(shù)

蒙皮、止裂帶、隔框與長(zhǎng)桁的包裹層材料為AS4碳纖維復(fù)合材料，其中蒙皮、止裂帶、長(zhǎng)桁包裹層所采用的層合板包含9層鋪層，鋪層角度為[45/-45/0/0/90/0/0/-45/45]，隔框包裹層所采用的層合板包含18層鋪層，鋪層角度為[45/-45/0/0/90/0/0/-45/45]s；蒙皮、隔框包裹層與隔框止裂帶纖維0°方向?yàn)楦艨蚍较?，長(zhǎng)桁包裹層與長(zhǎng)桁止裂帶纖維0°方向?yàn)殚L(zhǎng)桁方向。布置于長(zhǎng)桁頂部的拉擠桿材料為T800碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂，隔框內(nèi)部的泡沫芯材料為Rohacell泡沫[1-2，4，10]。各材料參數(shù)見(jiàn)表2、表3。

2 PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別研究

PRSEUS壁板在設(shè)計(jì)中需根據(jù)實(shí)際載荷情況對(duì)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為量化設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)壁板承載能力的影響程度，本文采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法對(duì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別[11-13]。采用最優(yōu)拉丁超立方采樣試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法提取樣本點(diǎn)，可使所有的試驗(yàn)點(diǎn)盡量均勻分布在設(shè)計(jì)空間，具有良好的空間填充性與均衡性，共選取200個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)。

2.1參數(shù)識(shí)別方法

2.2 ISIGHT試驗(yàn)設(shè)計(jì)集成

在DOE分析中通過(guò)Simcode組件集成參數(shù)化建模、有限元分析與結(jié)果輸出，流程如圖9所示。設(shè)計(jì)參數(shù)的取值范圍為各參數(shù)的90%～110%。

2.3參數(shù)識(shí)別計(jì)算結(jié)果與分析

PRSEUS壁板在不同載荷下響應(yīng)與設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)，本文以壁板在承受機(jī)翼展向彎曲載荷、機(jī)身軸向彎曲載荷與客艙增壓載荷三個(gè)工況下的最大應(yīng)力、最大位移、應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)與位移質(zhì)量系數(shù)為分析目標(biāo)，研究壁板設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)分析目標(biāo)的影響。相關(guān)系數(shù)表顯示了所有設(shè)計(jì)參數(shù)與分析目標(biāo)基于線性分析方法的相關(guān)性，橫向?yàn)樵O(shè)計(jì)參數(shù)，縱向?yàn)榉治瞿繕?biāo)。圖10顯示了三種工況下最大應(yīng)力、最大位移與所有參數(shù)的相關(guān)系數(shù)，圖11顯示了三種工況下應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)、位移質(zhì)量系數(shù)與所有參數(shù)的相關(guān)系數(shù)。

Pareto圖反映樣本擬合后所有設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)每個(gè)響應(yīng)的貢獻(xiàn)程度百分比，藍(lán)色代表正相關(guān)，紅色代表負(fù)相關(guān)，各工況下關(guān)鍵參數(shù)對(duì)應(yīng)力/位移質(zhì)量參數(shù)的貢獻(xiàn)程度如圖12～圖14所示。設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)壁板重量的貢獻(xiàn)程度如圖15所示。

根據(jù)分析相關(guān)系數(shù)表與Pareto圖，可找到與各個(gè)分析目標(biāo)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)與貢獻(xiàn)百分比見(jiàn)表4。

綜合表4結(jié)果可知，影響PRESEUS壁板的承載能力的主要參數(shù)有隔框高度、隔框包覆層復(fù)合材料厚度與長(zhǎng)桁高度等。影響壁板總質(zhì)量的重要參數(shù)有隔框包覆層復(fù)合材料厚度、隔框高度、長(zhǎng)桁包覆層復(fù)合材料厚度與蒙皮厚度。

在承受機(jī)翼展向彎曲載荷時(shí)，增加隔框高度對(duì)提高結(jié)構(gòu)效率效果明顯。在承受機(jī)身軸向彎曲載荷時(shí)，長(zhǎng)桁高度對(duì)降低最大應(yīng)力與位移，提高結(jié)構(gòu)承載效率起決定作用。承受客艙增壓載荷時(shí)，最大應(yīng)力水平主要由隔框包覆層復(fù)合材料厚度與長(zhǎng)桁高度影響，最大位移主要由長(zhǎng)桁高度與隔框高度影響。結(jié)合各參數(shù)對(duì)總質(zhì)量的影響，隔框高度雖然可增加結(jié)構(gòu)的位移質(zhì)量系數(shù)，卻與其應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)成負(fù)相關(guān)。增加長(zhǎng)桁高度可有效提高承受客艙增加載荷時(shí)的承載效率。

3 PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

全局算法具有在整個(gè)設(shè)計(jì)空間內(nèi)尋求最優(yōu)解的能力，但由于需排除非最優(yōu)解需要大量時(shí)間，所以優(yōu)化效率較低。數(shù)值優(yōu)化算法包括梯度下降、共軛梯度法等，優(yōu)化速度快，但對(duì)于復(fù)雜的模型容易陷入局部最優(yōu)解。本文結(jié)合DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)算法，在DOE的設(shè)計(jì)空間中找到最優(yōu)解，再以此設(shè)計(jì)點(diǎn)為初始方案，采用數(shù)值優(yōu)化算法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化目標(biāo)為重量最輕。約束條件以初始方案計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，適當(dāng)增加最大位移值。

此外，為模擬PRSEUS壁板實(shí)際工況，增加了壁板在組合載荷情況下的模擬計(jì)算。在相鄰兩邊固支，另外兩邊加載機(jī)翼展向彎曲載荷與機(jī)身軸向彎曲載荷，均為1000N？m，此外還有客艙增壓載荷0.1MPa。優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件見(jiàn)表5。

優(yōu)化歷程如圖16所示。在第12、23、34、67輪優(yōu)化計(jì)算中壁板質(zhì)量明顯下降，此后質(zhì)量逐漸收斂至6.04kg，經(jīng)過(guò)158輪求得最終優(yōu)化方案。初始方案、DOE最優(yōu)方案與最終優(yōu)化方案設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表6。計(jì)算結(jié)果如圖17、圖18所示。

壁板在機(jī)翼展向彎曲載荷下時(shí)，最大應(yīng)力位置為隔框頂部；承受機(jī)身軸向彎曲載荷時(shí)，最大應(yīng)力位置為長(zhǎng)桁頂部的拉擠桿；承受客艙增壓載荷時(shí)，在隔框兩端與蒙皮連接處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，整體應(yīng)力水平不高。PRSEUS壁板承受組合載荷時(shí)，壁板的中心和邊緣向相反方向彎曲，與加載端距離最近的拉擠桿與隔框頂端應(yīng)力較大，最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在與加載端距離最近的拉擠桿處。三種方案重量對(duì)比見(jiàn)表7。各工況下初始壁板方案、DOE最優(yōu)方案與最終優(yōu)化方案的分析見(jiàn)表8～表11。

根據(jù)表6、表7對(duì)比結(jié)果可知，DOE最優(yōu)方案與最終優(yōu)化方案的隔框高度基本保持不變，長(zhǎng)桁高度有所增加。其他設(shè)計(jì)參數(shù)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)略有減少，實(shí)現(xiàn)減重目的，且提高了結(jié)構(gòu)承載效率，與前文中的關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別結(jié)論基本一致。

DOE最優(yōu)方案總質(zhì)量6.32kg，較初始方案6.84kg，減重0.52kg（-7.6%）。DOE最優(yōu)方案除在承受機(jī)身軸向彎曲載荷時(shí)的最大應(yīng)力與最大位移小幅增加外，其他單一載荷與組合載荷下，壁板的應(yīng)力位移水平均不變或降低，應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)與位移質(zhì)量系數(shù)均提升明顯，說(shuō)明與初始方案相比，DOE最優(yōu)方案提高了結(jié)構(gòu)的承載效率。

最終方案總質(zhì)量6.04kg，較DOE最優(yōu)方案減重0.28kg（-4.43%），較初始方案減重0.8kg（-11.696%）。最終優(yōu)化方案的最大應(yīng)力、位移水平與DOE最優(yōu)方案相比有所降低，應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)和位移質(zhì)量系數(shù)與DOE最優(yōu)方案相比持平或有所增加。說(shuō)明本文采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，提高壁板結(jié)構(gòu)承載效率效果明顯，且達(dá)到了減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的目的。此優(yōu)化方法可為之后的BWB客機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

4結(jié)論

PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)為翼身融合布局客機(jī)非圓截面機(jī)身結(jié)構(gòu)提供了一種創(chuàng)新的解決方案。本文針對(duì)PRSEUS壁板處于承受機(jī)翼展向彎曲載荷、機(jī)身軸向彎曲載荷與客艙增壓載荷三種載荷工況下的受力情況進(jìn)行了分析，識(shí)別了關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，考慮結(jié)構(gòu)的單一承載與組合承載情況，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，較初始方案減重11.696%。通過(guò)研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）提取PRSEUS壁板主要設(shè)計(jì)參數(shù)，考慮壁板各部件連接關(guān)系與疊放順序，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模。

（2）基于ISIGHT平臺(tái)，集成參數(shù)化建模與有限元分析；采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)PRSEUS壁板處于承受機(jī)翼展向彎曲載荷、機(jī)身軸向彎曲載荷與客艙增壓載荷三種工況下的受力情況進(jìn)行了關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別分析；提出了應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)與位移質(zhì)量系數(shù)以評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)承載效率；根據(jù)DOE分析結(jié)果，分析了三種工況下影響壁板結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力、最大位移與承載效率的關(guān)鍵參數(shù)，為PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

（3）結(jié)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)值優(yōu)化算法的優(yōu)點(diǎn)，采用組合優(yōu)化策略，在單一載荷與組合載荷下對(duì)PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；以DOE設(shè)計(jì)樣本中的最優(yōu)方案為優(yōu)化初始方案，既避免陷入局部最優(yōu)解，又提高了優(yōu)化效率；經(jīng)158輪計(jì)算壁板質(zhì)量收斂到6.04kg，設(shè)計(jì)參數(shù)變化趨勢(shì)與參數(shù)識(shí)別結(jié)果一致；優(yōu)化后的PRSEUS壁板結(jié)構(gòu)大幅提高結(jié)構(gòu)承載效率，且較DOE最優(yōu)方案減重0.28kg（-4.43%），較初始方案減重0.8kg（11.696%）。為翼身融合布局客機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了方法與參考。

在后續(xù)對(duì)PRSEUS壁板優(yōu)化方法的完善中，可增加屈曲分析、振動(dòng)分析與疲勞分析等；可采取代理模型進(jìn)行更細(xì)致的參數(shù)識(shí)別研究；本文未對(duì)縫線連接處進(jìn)行建模分析，在后續(xù)研究中會(huì)結(jié)合縫合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，研究對(duì)結(jié)果的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]Przekop A，Jegley D C，Lovejoy A E，et al. Testing and analysis of a composite non-cylindrical aircraft fuselage structure，Part I：ultimate design loads[C]//AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures，Structural Dynamics & Materials Conference，2016.

[2]Przekop A，Jegley D C，Lovejoy A E，et al. Testing and analysis of a composite non-cylindrical aircraft fuselage structure，Part II：severe damage[C]// AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures，Structural Dynamics & Materials Conference，2016.

[3]Jegley D C，Velicki A. Development of the PRSEUS multi-bay pressure box for a hybrid wing body vehicle[C]// AIAA/ASCE/ AHS/ASC Structures，Structural Dynamics & Materials Conference，2013.

[4]Allen A R，Przekop A. Vibroacoustic tailoring of a rodstiffened composite fuselage panel with multidisciplinary considerations[J]. Journal ofAircraft，2015，52（2）：1-11.

[5]Brett A B，Phillip W Y，Ryan C L，et al. Efficient design and analysis of lightweight reinforced core sandwich and PRSEUS Structures[C]//AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures，Structural Dynamics & Materials Conference，2012.

[6]Lee D，Hilton H，Velicki A. Optimum stress and material distributions in stitched PRSEUS composites[C]// AIAA/ ASME/ASCE/AHS/ASC Structures，Structural Dynamics & Materials Conference，2012.

[7]Andrew E L，Marshall R，Kim A L，et al. Pressure testing of a minimum gauge PRSEUS panel[C]// AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures，Structural Dynamics & Materials Conference，2011.

[8]Gabriela J S，Satchi V. Parametric study of influence of stiffener variables on postbuckling response of frame stiffened compositepanels[C]// AIAA/ASCE/AHS/ASCStructures，Structural Dynamics & Materials Conference，2016.

[9]張永杰，吳瑩瑩，趙書(shū)旺，等.翼身融合布局民機(jī)非圓截面機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究綜述[J].航空學(xué)報(bào)， 2019， 40（9）：36-54. Zhang Yongjie， Wu Yingying， Zhao Shuwang， et al. Review of non-circular cross section fuselage structure design research on blended-wing-body civil aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2019， 40（9）：36-54. （in Chinese）

[10]張永杰，吳瑩瑩，朱勝利，等.翼身融合民機(jī)典型PRSEUS受壓壁板屈曲及漸進(jìn)損傷分析[J].航空學(xué)報(bào)， 2019， 40（9）： 623185. Zhang Yongjie， Wu Yingying， Zhu Shengli， et al. Buckling and progressivedamageanalysisofrepresentativecompressed PRSEUSpanelblended-wing-bodycivilaircraft[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2019， 40（9）： 623185. （in Chinese）

[11]陳光宋.彈炮耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2016. Chen Guangsong. The study on the dynamic of the projectitlebarrel coupled system and the corresponding key parameters[D]. Nanjing： Nanjing University of Science and Technology， 2016. （in Chinese）

[12]杜海，張睿，崔德剛.面向航空領(lǐng)域的多學(xué)科優(yōu)化系統(tǒng)[J].航空科學(xué)技術(shù)， 2018， 29（8）：4-9. Du Hai， Zhang Rui， Cui Degang. Multidisciplinary optimization system in aircraft design[J]. Aeronautical Science & Technology， 2018， 29（8）：4-9. （in Chinese）

[13]王建禮，張帥，石偉峰，等.民用飛機(jī)概念方案翼盒結(jié)構(gòu)總體有限元快速建模[J].航空科學(xué)技術(shù)， 2019，29（10）：16-23. Wang Jianli， Zhang Shuai， Shi Weifeing， et al. Rapid global finite element model of wing box for civil aircraft in conceptual design[J]. Aeronautical Science & Technology， 2019， 29（10）：16-23. （in Chinese）

（責(zé)任編輯陳東曉）

作者簡(jiǎn)介

王凱劍（1994-）男，碩士，助理工程師。主要研究方向：飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

Tel：13810976650

E-mail：wkjchaser@foxmail.com

張睿（1986-）女，碩士，高級(jí)工程師。主要研究方向：飛行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

Tel：010-84936586

E-mail：zrbuaa@sina.com

Parameters Identification Research and Optimization Design of PRSEUS Panel in Blended-Wing-Body Civil Aircraft

Wang Kaijian*，Zhang Rui，Li Yan

Chinese Aeronautical Establishment，Beijing 100028，China

Abstract： The PRSEUS panel structure provides an innovative solution for the non-circular cross-section fuselage structure of blended-wing-body aircraft. In this paper， the parameters identification of PRSEUS panels under different load cases is studied in order to extract key design parameters. And the optimization design is carried out based on this. Firstly， the design parameters of PRSEUS panel were extracted. PRSEUS panel was parametrically modeled on the basis of connection relationship and stacking sequence of the components. Secondly， based on ISIGHT platform， the key parameters of PRSEUS panel under three load cases were identified by using DOE method. Finally， the combination optimization method was adopted to optimize the PRSEUS panel structure， which improves the optimization efficiency. The optimized PRSEUS structure greatly improves the structural load-bearing efficiency and reduces the weight by 11.696% compared with the initial plan. This paper provides a design method for the blendedwing-body civil aircraft structure.

Key Words： PRSEUS panel； blended-wing-body aircraft； parametric modeling； key parameters identification； optimization design