化学推进系统在航天器中应用最为广泛,金属膜片贮箱作为其中的重要组成部分,实现了推进剂的存储和管理。贮箱能否实现推进剂有效的管理与控制,则主要取决于贮箱中金属膜片设计的优劣。金属膜片的设计主要涉及材料属性、膜片构型、几何参数以及制造工艺4个方面的因素,其中,几何参数对金属膜片翻转性能的影响较大。贮箱金属膜片翻转性能的表征指标主要有6个:膜片重量、贮箱排空效率、翻转稳定性、翻转难易程度、翻转结构强度和顶点偏心程度。当前大部分的研究都是使用正交实验设计和极差分析来针对金属膜片的某些翻转性能进行影响因素分析和选型设计,而对膜片进行明确优化设计的研究较少;且对金属膜片的优化分析也都是针对单个目标进行的。工程上不同工况下,对金属膜片的翻转性能的要求是不一样的,而且指标往往是非单一的。因而,对贮箱金属膜片进行多目标优化不仅是有意义的,也是不得不面对的问题。本文以边缘翻转型金属膜片贮箱为对象,主要进行了以下几个方面的研究:(1)贮箱排空效率可以通过金属膜片翻转容积来表征,在贮箱方案设计阶段需要快速且相对准确地对其进行预估。针对现有估算翻转容积方法的缺点,提出了快速求解贮箱金属膜片精确翻转容积的二维模型仿真计算方法。(2)对环向加筋的锥柱形金属膜片进行了参数化建模,通过实验设计和极差分析方法得到了几何参数对每种翻转性能的影响力大小,并找到了关键影响参数,从而为确定多目标优化的设计变量提供理论依据。(3)根据确定的设计变量,以膜片的翻转性能指标为响应,设计了100组正交实验,依据仿真计算结果训练得到了金属膜片翻转的近似模型,并进行了预测误差分析,结果表明构建的RBF神经网络模型满足精度要求。(4)提出金属膜片多目标结构优化的方法,并进行算例分析,对比分析优化前后的金属膜片翻转性能,结果表明优化后的翻转性能更优,实现了多目标优化的目的,证明了该方法的有效性与可行性。(5)贮箱的燃气挤压排液过程中存在着热量传递,而推进剂的温度必须保持在合适的范围内,显然,金属膜片的防热层厚度是重要的影响参数。在贮箱多学科分析的基础上,以防热层厚度为设计变量,对其防热效果进行了优化设计。