一种飞机油箱内单管路双层优化布局方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115563719A(43)申请公布日2023.01.03(21)申请号202211391684.3G06F111/06(2020.01)(22)申请日2022.11.08G06F119/18(2020.01)(71)申请人沈阳航空航天大学地址110136辽宁省沈阳市道义经济开发区道义南大街37号申请人中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所(72)发明人邢宇飞刘静费兴通杨振华王亚盟(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109专利代理师梁焱(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/27(2020.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称一种飞机油箱内单管路双层优化布局方法(57)摘要本发明提供一种飞机油箱内单管路双层优化布局方法，涉及飞机管路布局设计技术领域。该方法根据飞机油箱三维模型生成点云集，根据管路两端点的三维坐标，在点云集中提取管路敷设空间并转化为三维栅格地图，根据三维栅格地图运用蚁群算法生成满足约束的路径初始解集，为每个初始路径生成支臂布局初始方案并计算每个支臂的长度，运用遗传算法迭代优化获取每个路径的支臂布局最优解，将支臂布局总长与管路路径长度之和最小的方案指导下一轮搜索，最终获得管路长度与支臂长度总和最优的布局方案。本发明采用双层优化框架，在外层运用蚁群算法计算管路路径，在内部层运用遗传算法计算管路支臂布局方案，大大提高了管路敷设结果的工程可行性。CN115563719ACN115563719A权利要求书1/3页1.一种飞机油箱内单管路双层优化布局方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：建立飞机油箱的三维模型，根据三维模型生成点云集，并设置待敷设管路的端点坐标；步骤2：根据三维模型生成的点云集和输入的管路端点坐标，在点云集内提取局部点云子集转化为三维栅格地图；步骤3：根据三维栅格地图生成包含最短路径初始解、满足避障约束、最小折弯半径约束、最小直线段约束的M组路径初始解；步骤4：根据每个初始路径生成N组满足跨距约束的支臂布局初始方案，计算每个支臂的长度；步骤5：将全部N组支臂布局初始方案合并为一组初始种群，根据支臂布局优化目标对初始种群进行排序，对不符合管路跨距约束的个体对应的适应度施加惩罚值；步骤6：根据种群排序结果对种群进行交叉、变异、排序获得新种群，通过κ次迭代获得最优管路路径支臂布局方案；步骤7：对M组路径初始解重复步骤5‑6，根据全局优化目标通过双向单目标蚁群算法适应度函数计算每个路径的适应值并排序；根据种群排序结果对种群信息素更新，引导蚁群进行新一轮寻优，通过T次迭代获得最优管路路径与支臂布局综合最优方案，T为预设的最大迭代次数；步骤8：根据步骤7获取的最优管路路径在飞机油箱内布局管路生成三维模型，作为油箱内管路路径‑支臂布局的最佳路径方案。2.根据权利要求1所述的飞机油箱内单管路双层优化布局方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：步骤2.1：根据公式(1)计算管路布局所需的三维空间在X、Y、Z轴三个方向上的极大Pmax、极小值Pmin；式中，xs、xe是管路的两端点在X轴方向上的坐标，ys、ye是管路的两端点在Y轴方向上的坐标，zs、ze是管路的两端点在Z轴方向上的坐标；步骤2.2：根据公式(2)获取三维栅格地图在X、Y、Z轴三个方向上的网格数量s；s＝round(max(Pi)‑min(Pmin))/ψ(2)式中，ψ为单个网格的大小与实际尺寸之间的比例，Pi为飞机油箱三维点云集中的任意一个坐标值小于等于Pmax且大于等于Pmin的点，round()为四舍五入运算函数；步骤2.3：利用公式(3)依次计算Pi在三维栅格地图中的三维栅格坐标Gridk；Gridk＝round(Pi‑Pmin)/ψ(3)2CN115563719A权利要求书2/3页步骤2.4：若点Pi的点坐标经比例转换后属于某一单元格，则将该单元格设置为1，否则设置为0。3.根据权利要求2所述的飞机油箱内单管路双层优化布局方法，其特征在于：所述步骤3中，针对三维栅格地图，采用双向单目标蚁群算法获取一组初始路径，共获取M组路劲初始解作为初始解集；所述双向单目标蚁群算法启发函数为：式中，EDl为第l个候选点到管路端点的欧式距离，MDl为第l个候选点到管路端点的曼哈顿距离，sigmod()为归一化函数。4.根据权利要求3所述的飞机油箱内单管路双层优化布局方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：步骤4.1：针对生成的M组路径初始解，从M组初始路径中依次选择一组路径作为输入并设定支臂节点间的最大跨距值Lmax_span；步骤4.2：从路径节点中提取能作为支臂的全部节点并排序，设从起点开始第一个和最后一个能作为支臂节点的路径节