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Optimization of aircraft connection band parameters based on response surface and improved differential evolution algorithm
Received date: 2025-11-04
Revised date: 2025-11-27
Accepted date: 2026-01-28
Online published: 2026-02-09
Supported by
National Natural Science Foundation of China(52205263);Hunan Provincial Natural Science Foundation(2024JJ5157)
To address the issue of resonance easily induced by random vibrations in the connecting bands between the mother and child platforms of an aircraft during carrier-based flight operations， this study conducted an optimization design. It comprehensively employed parametric modeling， finite element analysis， the response surface method， and an improved differential evolution algorithm to carry out multi-objective collaborative optimization research. By innovatively combining the response surface method with an improved differential evolution algorithm， this study constructed high-precision response surface models to transform complex engineering problems into quantifiable mathematical models. Leveraging the global optimization capabilities of the improved differential evolution algorithm to overcome the limitations of traditional methods， the study significantly enhanced optimization efficiency and computational accuracy. The optimization results show that the structural stress of the connecting clamp band decreased by approximately 15%， effectively enhancing structural reliability； the modal shift rate of the clamp band increased by nearly 30%， significantly reducing the risk of resonance； the mass of the clamp band was reduced by up to 30%， achieving an organic integration of reduced structural stress， resonance suppression， and structural lightweighting. Ultimately， an optimal design scheme for the clamp band connecting the mother and daughter platforms was obtained， with the relative error between model predictions and simulation experimental values remaining within 6%. This research provides an effective technical pathway for enhancing the performance of aircraft mother-daughter platforms， and its methods and conclusions can serve as a reference for the optimization design of similar aerospace equipment.
Hongwei LIU , Haibo LIU , Tongrong ZHANG , Weifeng LUO , Shufeng ZHANG , Wenqiang PAN . Optimization of aircraft connection band parameters based on response surface and improved differential evolution algorithm[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2026 , 47(15) : 233038 -233038 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2026.33038
| [1] | 李军， 陈士超. 无人机蜂群关键技术发展综述［J］. 兵工学报， 2023， 44（9）： 2533-2545. |
| LI J， CHEN S C. Overview of key technology and its development of drone swarm［J］. Acta Armamentarii， 2023， 44（9）： 2533-2545 （in Chinese）. | |
| [2] | 蓝锐， 韦国旺， 蓝元沛. 新型无人机抛投系统结构设计与应用研究［J］. 企业科技与发展， 2025（1）： 121-128. |
| LAN R， WEI G W， LAN Y P. Research on structural design and application of new UAV throwing system［J］. Sci-Tech & Development of Enterprise， 2025（1）： 121-128 （in Chinese）. | |
| [3] | 袁永新， 蒋家尚. 一种修正刚度矩阵的直接方法［J］. 江苏科技大学学报（自然科学版）， 2010， 24（2）： 193-196. |
| YUAN Y X， JIANG J S. A direct updating method for the stiffness matrix［J］. Journal of Jiangsu University of Science and Technology （Natural Science Edition）， 2010， 24（2）： 193-196 （in Chinese）. | |
| [4] | 温红宁， 金俊松， 章一丁， 等. 基于响应面法的FGH4113A高温合金涡轮盘锻造工艺参数优化［J］. 稀有金属材料与工程， 2024， 53（9）： 2633-2641. |
| WEN H N， JIN J S， ZHANG Y D， et al. Optimization of forging processing parameters of the FGH4113A P/M superalloy turbine disk based on response surface method［J］. Rare Metal Materials and Engineering， 2024， 53（9）： 2633-2641 （in Chinese）. | |
| [5] | 朱尹， 韩东. 基于响应面方法的直升机机身有限元模型参数修正［J］. 南京航空航天大学学报， 2025， 57（2）： 252-258. |
| ZHU Y， HAN D. Parameter updating of helicopter airframe finite element model based on response surface method［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics， 2025， 57（2）： 252-258 （in Chinese）. | |
| [6] | 杜遵， 汪朝晖， 徐文侠， 等. 基于响应面法和粒子群算法的电机轴多目标优化［J］. 机械设计， 2024， 41（1）： 43-50. |
| DU Z， WANG Z H， XU W X， et al. Multi-objective optimization of motor shaft based on response-surface method and particle-swarm algorithm［J］. Journal of Machine Design， 2024， 41（1）： 43-50 （in Chinese）. | |
| [7] | 苏成志， 李星佐， 姜丰， 等. 基于遗传算法的打磨机器人去除量工艺参数优化［J］. 组合机床与自动化加工技术， 2025（2）： 184-187. |
| SU C Z， LI X Z， JIANG F， et al. Optimization of process parameters of polishing robot removal volume based on genetic algorithm［J］. Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique， 2025（2）： 184-187 （in Chinese）. | |
| [8] | 苏越. 基于蚁群优化算法的结构动力模型修正［D］. 南京： 南京理工大学， 2008. |
| SU Y. Structural dynamic model updating based on ant colony optimization［D］. Nanjing： Nanjing University of Science and Technology， 2008 （in Chinese）. | |
| [9] | 黄江涛， 钟世东， 陈立立， 等. 一种高速远航主机和隐身子机协同作战的组合飞行器： CN114476057A ［P］. 2022-05-13. |
| HUANG J T， ZHONG S D， CHEN L L， et al. A combi nation aircraft with a high-speed long-range main engine and a stealth sub-aircraft for coordinated operations： CN114476057A［P］. 2022-05-13 （in Chinese）. | |
| [10] | 严志平， 华媛媛， 屈念蒙， 等. 一种可自动回收释放子飞行器的子母式无人机： CN216709645U［P］. 2022-06-10. |
| YAN Z P， HUA Y Y， QU N M， et al. A mother-and-child UAV that can automatically recover the release of the sub-vehicle： CN216709645U［P］. 2022-06-10 （in Chinese）. | |
| [11] | 王辉， 陈功敏， 林鑕瑜， 等. 一种子母机式无人飞行器： CN214690197U［P］. 2021-11-12. |
| WANG H， CHEN G M， LIN R Y， et al. A mother-in-child unmanned aerial vehicle： CN214690197U［P］. 2021-11-12 （in Chinese）. | |
| [12] | 李道春， 林杰， 傅戌毅， 等. 一种多层子母式无人飞行器收放装置： CN113879536B［P］. 2024-12-13. |
| LI D C， LIN J， FU X Y， et al. A multi-layer mother unmanned aerial vehicle retraction and placement device： CN113879536B［P］. 2024-12-13 （in Chinese）. | |
| [13] | GATKAL N R， NALAWADE S M， SHELKE M S， et al. A comprehensive study on operational parameters optimization of quadcopter unmanned aerial vehicle-based spraying system in sugarcane［J］. Sugar Tech， 2026， 28（2）： 445-466. |
| [14] | YAN P C， FENG Y M， HAN Q S， et al. Revolutionizing crop phenotyping： Enhanced UAV LiDAR flight parameter optimization for wide-narrow row cultivation［J］. Remote Sensing of Environment， 2025， 320： 114638. |
| [15] | 余雄庆， 丁运亮. 多学科设计优化算法及其在飞行器设计中应用［J］. 航空学报， 2000， 21（1）： 1-6. |
| YU X Q， DING Y L. Multidisciplinary design optimization a survey of its algorithms and applications to aircraft design［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2000， 21（1）： 1-6 （in Chinese）. | |
| [16] | 周健， 龚春林， 粟华， 等. 飞行器体系优化设计问题［J］. 航空学报， 2018， 39（11）： 222235. |
| ZHOU J， GONG C L， SU H， et al. Optimal design problem of system of systems of flight vehicle［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2018， 39（11）： 222235 （in Chinese）. | |
| [17] | ZHU R， JIANG D， MARCHESIELLO S， et al. Automatic nonlinear subspace identification using clustering judgment based on similarity filtering［J］. AIAA Journal， 2023， 61（6）： 2666-2674. |
| [18] | 赵恒， 孔维民， 刘洋. 基于模态叠加法的测风支架仿真模拟方法： CN119378290A［P］. 2025-01-28. |
| ZHAO H， KONG W M， LIU Y. Simulation method of wind bracket based on modal superposition method： CN119378290A［P］. 2025-01-28 （in Chinese）. | |
| [19] | 钱进， 陈果， 寸文渊， 等. 拧紧力矩作用下螺栓预紧力的高保真有限元仿真与实验验证［J］. 机械强度， 2024， 46（4）： 809-815. |
| QIAN J， CHEN G， CUN W Y， et al. High-fidelity finite element simulation and experimental verification of bolt preload force under tightening torque［J］. Journal of Mechanical Strength， 2024， 46（4）： 809-815 （in Chinese）. | |
| [20] | 秦维彩， 薛新宇， 张宋超， 等. 基于响应面法的P20型多旋翼无人机施药参数优化与试验［J］. 江苏大学学报（自然科学版）， 2016， 37（5）： 548-555. |
| QIN W C， XUE X Y， ZHANG S C， et al. Optimization and test of spraying parameters for P20 multi-rotor electric unmanned aerial vehicle based on response surface method［J］. Journal of Jiangsu University （Natural Science Edition）， 2016， 37（5）： 548-555 （in Chinese）. | |
| [21] | 资丹， 王福军， 姚志峰， 等. 基于响应曲面模型的泵站进水池参数优化方法研究［J］. 水利学报， 2017， 48（5）： 594-607. |
| ZI D， WANG F J， YAO Z F， et al. Research on optimization method of pump sump parameters based on response surface model［J］. Journal of Hydraulic Engineering， 2017， 48（5）： 594-607 （in Chinese）. | |
| [22] | 王荣颖， 卞鸿巍， 刘文超. 基于RMSE的惯导系统随机误差影响分析［J］. 海军工程大学学报， 2017， 29（6）： 18-23， 27. |
| WANG R Y， BIAN H W， LIU W C. Analysis of stochastic errors impact in SINS based on RMSE［J］. Journal of Naval University of Engineering， 2017， 29（6）： 18-23， 27 （in Chinese）. | |
| [23] | 钱树伟， 石庆贺， 林柏超， 等. 基于正则化与范数归一化的概率损伤识别方法［J］. 噪声与振动控制， 2024， 44（6）： 135-142. |
| QIAN S W， SHI Q H， LIN B C， et al. Probabilistic damage identification method based on regularization and norm normalization［J］. Noise and Vibration Control， 2024， 44（6）： 135-142 （in Chinese）. | |
| [24] | ZHU R， FEI Q G， JIANG D， et al. Dynamic sensitivity analysis based on Sherman-Morrison-Woodbury formula［J］. AIAA Journal， 2019， 57（11）： 4992-5001. |
| [25] | 谢友柏. 现代设计理论和方法的研究［J］. 机械工程学报， 2004， 40（4）： 1-9. |
| XIE Y B. Study on the modern design theory and methodology［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2004， 40（4）： 1-9 （in Chinese）. | |
| [26] | 何振宇， 毛亿， 杨扬， 等. 基于改进差分进化算法的GNSS无源多基地雷达海上目标定位方法［J］. 通信学报， 2025， 46（2）： 44-58. |
| HE Z Y， MAO Y， YANG Y， et al. Maritime moving target localization method based on improved differential evolution with GNSS-based passive multistatic radar［J］. Journal on Communications， 2025， 46（2）： 44-58 （in Chinese）. | |
| [27] | 吉嘉威. 多变异策略集成的差分进化算法研究［D］. 南京： 南京信息工程大学， 2024. |
| JI J W. Research on differential evolution algorithm for multi-mutation strategy integration［D］. Nanjing： Nanjing University of Information Science & Technology， 2024 （in Chinese）. |
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