[發明專利]一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法

有效

• 申請號: 201310533499.8
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103593519A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 吳勝寶;彭小波;張旭輝;申麟;胡冬生;李文清;高朝輝;張普卓
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發明涉及一種運載火箭總體參數優化方法，尤其涉及一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，屬于運載火箭總體領域。

背景技術

運載火箭的研制可分為方案設計階段、初樣設計階段、試樣設計階段和定型階段。在方案設計階段，需要根據已確定的指標要求，通過對多種方案和技術途徑的論證、比較，篩選出總體和分系統方案。

運載火箭總體參數是總體方案的基礎，為了選擇出合適的、滿足各種約束條件、優化的總體參數，往往需要對多套總體參數進行對比分析。對比分析過程中，可用火箭運載能力作為一項衡量要素。在運載火箭起飛質量不變的情況，優化總體參數，可提高運載能力。

在當前運載火箭型號設計中常采用傳統的總體參數設計方法，首先由運載火箭總體設計專業估算出一輪總體參數，然后交由彈道專業進行運載能力復核，總體專業再根據復核結果調整總體參數，如此迭代多輪，最終得到滿足運載能力的總體參數，從而初步確定火箭的技術方案。該方法的缺點是總體、彈道分開單獨計算，需要經過數次輪回迭代，設計效率較低。

總體參數優化設計本質上屬于多學科聯合優化問題。為了提高優化效率，國內外普遍對多學科設計優化（MDO）方法展開了研究和應用，通過一體化優化平臺，自動實現目標的迭代優化，設計效率高。但這類方法對于計算模型過于復雜、設計變量過多的情況的集成難度較大；另一方面，若采用簡化模型進行集成，則優化計算具有一定失真，不能得到較準確的結果。

在總體參數優化中，總體參數的計算模型比較簡單，但對某些構型而言彈道計算模型比較復雜、設計變量較多，尚不具備開展多學科集成優化的條件。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，只需進行少量的樣本計算即可獲取不同參數對運載能力的影響程度，既保證了計算結果的準確性，又提高了設計效率，達到了快速完成總體參數優化的目的。

本發明的技術方案是：一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，包括如下步驟：

（1）從運載火箭的容許設計人員在一定范圍內進行選擇、優化的總體參數中選擇出全部或部分參數作為試驗因子，各試驗因子記為x₁、x₂、…、x_m，其中m為試驗因子的個數；

（2）確定試驗因子的取值范圍，并根據試驗因子的個數以及能夠用于開展試驗設計的時間，確定試驗因子的水平數q以及各試驗因子的各水平取值，試驗因子的各水平取值在取值范圍內均勻分布；

（3）根據試驗因子個數和試驗因子水平數，選取正交表L_n(q^p)，完成n次試驗設計，得到n次試驗設計下火箭的運載能力，其中p為試驗表的列數；

（4）根據各試驗因子的水平取值和試驗得到的運載能力，采用公式y=f(x₁,x₂,…,x_m)對試驗設計的結果進行參數擬合，得到運載能力和各試驗因子的關系式，其中y表示運載能力；

（5）依據運載能力和各試驗因子的關系式對各試驗因子求算偏導數，根據偏導數相對大小，確定各試驗因子對運載能力的影響；

（6）在現有總體參數的基礎上，調整試驗因子的取值，完成總體參數優化。

所述步驟（3）中L_n(q^p)滿足

n=q^k,k=2,3,4,…,p=(n-1)/(q-1)

其中，n為試驗次數，試驗因子水平數q一般取2或3，k的取值要保證p≥m。

所述步驟（4）中y=f(x₁,x₂,…,x_m)為二次多項式，具體表達式為：

當試驗次數時，