[發(fā)明專利]一種高超聲速飛行器模型迭代設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710564165.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107480335B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉燕斌;李昱輝;陳柏屹;沈海東;金飛騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發(fā)明公開(kāi)了一種高超聲速飛行器模型迭代設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：通過(guò)幾何設(shè)計(jì)方法構(gòu)建高超聲速飛行器參數(shù)化模型；通過(guò)靈敏度方法提取高超聲速飛行器關(guān)鍵的模型參數(shù)，簡(jiǎn)化參數(shù)化模型，得到高超聲速飛行器面向迭代設(shè)計(jì)的代理模型；應(yīng)用鴿群優(yōu)化算法對(duì)高超聲速飛行器的模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得不同飛行條件下模型的平衡狀態(tài)；確定高超聲速飛行器期望的性能指標(biāo)，對(duì)模型的平衡狀態(tài)進(jìn)行迭代，獲得飛行器最優(yōu)的設(shè)計(jì)模型。本發(fā)明在復(fù)雜的飛行條件下，依據(jù)期望性能指標(biāo)，采用鴿群優(yōu)化算法獲得最優(yōu)的模型參數(shù)，快速地得到滿足期望性能指標(biāo)的最優(yōu)模型參數(shù)，且能覆蓋至所有飛行包線，為高超聲速飛行器設(shè)計(jì)提供了好的模型優(yōu)化工具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高超聲速飛行器模型迭代設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器因其大馬赫數(shù)和高海拔的飛行特性，具有極大的軍事和民用價(jià)值。高超聲速飛行系統(tǒng)集成了多學(xué)科的前沿技術(shù)，學(xué)科之間交互復(fù)雜，需要通過(guò)綜合設(shè)計(jì)來(lái)獲得最優(yōu)的飛行器模型。

然而傳統(tǒng)的高超聲速飛行器建模過(guò)程往往基于風(fēng)洞和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，工作量龐大且費(fèi)用昂貴；此外，數(shù)據(jù)獲取過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，不利于模型的優(yōu)化迭代設(shè)計(jì)，且控制作用很難與其他總體參數(shù)進(jìn)行融合。本發(fā)明提出了一種高超聲速飛行器模型迭代設(shè)計(jì)方法，采用參數(shù)化的建模方法構(gòu)建高超聲速飛行器面向迭代設(shè)計(jì)的模型，應(yīng)用鴿群優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的優(yōu)化迭代設(shè)計(jì)，以滿足期望的性能指標(biāo)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種高超聲速飛行器模型迭代設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建不同飛行條件下模型參數(shù)與期望性能指標(biāo)之間的約束關(guān)系，通過(guò)迭代設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型參數(shù)的優(yōu)化，獲得高超聲速飛行器最優(yōu)的設(shè)計(jì)模型。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高超聲速飛行器模型迭代設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

(1)通過(guò)幾何設(shè)計(jì)方法構(gòu)建高超聲速飛行器參數(shù)化模型；

(2)通過(guò)靈敏度方法提取高超聲速飛行器關(guān)鍵的模型參數(shù)，簡(jiǎn)化參數(shù)化模型，得到高超聲速飛行器面向迭代設(shè)計(jì)的代理模型；

(3)應(yīng)用鴿群優(yōu)化算法對(duì)高超聲速飛行器的模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得不同飛行條件下模型的平衡狀態(tài)；

(4)確定高超聲速飛行器期望的性能指標(biāo)，對(duì)模型的平衡狀態(tài)進(jìn)行迭代，獲得飛行器最優(yōu)的設(shè)計(jì)模型。

優(yōu)選的，步驟(1)中，通過(guò)幾何方法構(gòu)建高超聲速飛行器參數(shù)化模型具體為：首先將高超聲速飛行器基礎(chǔ)構(gòu)型采用部件拆解策略分解成為前機(jī)身，中段，后機(jī)身，機(jī)翼，控制面等部分，然后確定用以描述各個(gè)部分外形特征的幾何參數(shù)，并確定這些參數(shù)是否完全獨(dú)立，參數(shù)之間存在的約束，得到能描述無(wú)人機(jī)完整的幾何參數(shù)集，進(jìn)而指定參數(shù)集的取值，生成特定無(wú)人機(jī)外形，以檢驗(yàn)前面得到的幾何參數(shù)集能否描述無(wú)人機(jī)外形。最后將高超聲速飛行器參數(shù)化的幾何外形進(jìn)行面元?jiǎng)澐?，采用工程估算方法估算建模所需的力，?gòu)建出高超聲速飛行器參數(shù)化模型。

優(yōu)選的，步驟(2)中，通過(guò)靈敏度方法得到高超聲速飛行器代理模型、提取高超聲速飛行器關(guān)鍵的模型參數(shù)具體包括以下步驟：

(21)高超聲速飛行器參數(shù)化模型數(shù)據(jù)的采樣；若以S_k表示設(shè)計(jì)變量第k維的取值集合，n(S_k)表示集合中所含元素的個(gè)數(shù)，則采樣廣度定義為：

根據(jù)定義可以知道，采樣廣度表示在設(shè)計(jì)空間中任意一維的采樣個(gè)數(shù)不會(huì)小于C，C越大，則表示采樣的覆蓋面越廣，而且C最大為樣本空間的容量；

針對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的均勻性提出樣本最小距離與樣本電勢(shì)的概念，若采用2范數(shù)定義樣本空間中i個(gè)點(diǎn)與j個(gè)點(diǎn)的距離D_ij，則樣本最小距離定義為：