基于混合模型的载人空降乘员防护装置可靠性技术研究

Manned airdrop means heavy equipment and occupant are parachuted at the same time, prepared for battle once landing. Currently, how to ensure the occupant safety has been a crucial issue. To this aim, the reliability-based multi-objective optimization method is developed for occupant protection device in manned airdrop by means of approximate technique, which contains the construction of hybrid model of the occupant protection device and the solution of nesting optimization problem. Firstly, the sampling strategy and the approximate technique are presented which could improve the optimization efficiency with decrease of the computation cost. Secondly, the approximation model management technique of occupant protection device is proposed to improve the multi-optimization precision through the precision evaluation standard and updating mechanism. Thirdly, according to the treatment of hybrid variables, the reliability model of occupant protection device containing hybrid variables is constructed and the reliability evaluation criterion is suggested. Finally, the approximate reliability-based multi-objective optimization method is developed to ensure the safety of occupant in manned airdrop. The research would improve reliability technology of occupant protection device and promote Chinese military capability.

载人空降即重型装备与乘员同时实施空降，一经着陆就投入战斗。目前我国由于无法解决空降乘员安全性问题，暂不具备载人空降的能力。本项目拟基于代理模型技术，在混合变量共存条件下研究针对载人空降乘员防护装置的多目标可靠性优化方法，其中主要解决的技术难点是乘员防护装置混合可靠性模型的建立和循环嵌套优化问题的求解。首先，研究适合乘员防护装置这类高维复杂问题的样本选取方法和代理模型建模方法，通过降低建立代理模型的成本来提高优化效率；其次，研究乘员防护装置代理模型管理方法，通过建立代理模型精度评价标准和更新机制来保证多目标优化的精度；然后，研究不同类型变量的处理方法，建立含混合变量的乘员防护装置可靠度模型，并提出其可靠性指标；最后，研究乘员防护系统近似多目标可靠性优化问题的有效求解方法，解决载人空降工程中的乘员安全性问题。本项目的研究，将在一定程度上构筑起乘员防护装置可靠性理论体系和促进我国军事实力的提升。

载人空降即重型装备与乘员同时实施空降，一经着陆就投入战斗。本项目以提高载人空降乘员安全性为目的，建立了含混合变量的乘员防护装置多目标可靠性优化设计模型，提出了衡量乘员防护装置的可靠性指标，并将代理模型技术引入多目标优化，在一定程度上解决了高维复杂工程问题和循环嵌套优化问题造成的技术难点，研究和开发出了高效的载人空降乘员防护装置多目标可靠性优化理论和算法。取得的主要研究进展包括：（1）通过开展战车落地碰撞实验对乘员防护装置数值模型进行实验验证；（2）为了构建乘员防护装置的代理模型，采用最优拉丁方实验设计获得样本点，并研究了高效的代理模型建模技术，进一步降低代理模型的建立成本；（3）研究了有效的代理模型更新机制，使乘员防护装置的代理模型在迭代过程中逐步得到调整和改进，从而保证优化精度；（4）考虑空降过程中非概率变量之间的相关性，基于概率-椭球混合模型实现乘员防护装置可靠性建模，利用KKT条件实现双层嵌套优化问题的解耦并求解；（5）为了避免保守设计，基于概率-概率盒混合模型实现乘员防护装置可靠性建模，通过区间理论和等概率变换实现嵌套问题的解耦，并求解可靠性指标的上下界；（6）开展了基于区间模型的多目标不确定性优化设计方法研究，实现不确定性多目标优化问题向确定性优化问题的转换；（7）开展了基于椭球模型的近似多目标不确定性优化设计方法研究，利用代理模型和高效多目标优化方法来提高优化效率，（8）研究了基于概率-椭球混合模型的缓冲气囊装置多目标可靠性优化设计方法，获得了满足可靠性指标的Pareto最优解集并加以实验验证。本项目的完成在一定程度上构筑起了乘员防护装置可靠性理论体系，为载人空降乘员安全技术提供了一条新的研究路子。项目执行期间，共发表学术论文8篇，其中SCI论文3篇，EI论文5篇，获得国家发明专利2项和软件著作权1项，参加国际国内会议共7人次，培养研究生5人。