[發明專利]寬域飛行器總體參數優化方法、系統及計算機存儲介質

有效

• 申請號: 201911122983.5
• 申請日: 2019-11-16
• 公開（公告）號: CN111209629B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 楊磊;李文皓;劉文;張陳安
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 李傳亮

本發明涉及寬域飛行器總體參數優化方法、系統及計算機存儲介質，將翼載荷和推重比作為待優化參數，將最低燃料系數作為目標函數，進行優化，包括：計算最大起飛重量作為定值；計算推重比樣本域和翼載荷樣本域；在樣本域內隨機選擇n組樣本分別作為優化初始值，進行航跡優化；根據航跡優化結果，得到n個最小燃料系數，對n個最小燃料系數按從小到大排序，最小值所對應的樣本即為本輪迭代的最優解；根據優化算法循環n組樣本的選取到最優解的計算過程，并根據優化算法判斷是否收斂，如果滿足收斂條件，則結束循環，從而得到優化后的總體參數。使得寬域飛行器在加速和爬升過程中，使用有限的燃料，將飛行器加速到指定的速度和高度，提高飛行效率。

技術領域

本發明涉及寬域飛行器技術領域，特別是涉及寬域飛行器總體參數設計優化的方法、系統及計算機存儲介質。

背景技術

寬域飛行器是指寬空域、寬速域、寬包線飛行器，能在0~6馬赫，0~100km高度范圍自由往返，并水平著陸。因此，寬域飛行器不僅需要具有較強的加速性能、爬升性能，還需要具備兼顧亞音速、跨音速、超音速和高超音速穩定可控的飛行能力，這為飛行器設計提出了更高的要求。

飛行器總體設計過程中，主要關注最大起飛重量、翼載荷、推重比、燃料系數等參數。下面分別進行說明：

飛行器重量是衡量飛行器大小的重要參數，一般根據所需要完成的任務估算得到，作為初始輸入給定，并在一定范圍內浮動。

翼載荷是飛行器最大起飛重量同參考面積的比，參考面積為機翼投影面積。飛行器在加速過程中，希望具有較小的機翼面積，以產生較小的阻力，然而在爬升及著陸階段需要較大的機翼面積以產生較大的升力和升阻比，如何選擇機翼面積及翼載荷是總體設計所關注的問題。

推重比表示飛行器最大推力同最大起飛重量的比，反映了飛行器的加速性能。在升阻比一定的情況下，較大的推重比使飛行器較快完成加速過程，但飛行器來不及爬升至理想高度，而低空阻力較大，飛行器加速所消耗的燃料較多。因此在加速爬升階段，推重比并不是越大越好。而較大的發動機重量較大，將形成死重。

燃料系數是指飛行器所攜帶的燃料重量同最大起飛重量的比，燃料系數越大，留給結構的重量就越小，需要在保證任務需要的情況下，盡可能的降低燃料系數。

寬域飛行器加速和爬升過程中，需要消耗大量燃料，然而飛行器所攜帶的燃料較為有限，使用有限的燃料，使飛行器加速到指定的速度和高度，提高飛行效率，是飛行器總體設計過程需要重點考慮的問題。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種寬域飛行器總體參數優化方法，具有飛行效率更高的特點。

根據本發明提供的一種寬域飛行器總體參數優化方法，方法包括，將翼載荷和推重比作為待優化參數，將最低燃料系數作為目標函數，進行優化，具體包括：

計算最大起飛重量作為定值；計算推重比上限和下限之間的浮動范圍作為推重比樣本域，計算翼載荷上限和下限之間的浮動范圍作為翼載荷樣本域；

在樣本域內隨機選擇n組樣本分別作為優化初始值，進行航跡優化；所述n組樣本為推重比樣本和翼載荷樣本的組合；

根據航跡優化結果，得到n個最小燃料系數，對n個最小燃料系數按從小到大排序，最小值所對應的樣本即為本輪迭代的最優解；

根據優化算法，循環所述n組樣本的選取到最優解的計算過程，并根據優化算法判斷是否收斂，如果滿足收斂條件，則結束循環，從而得到優化后的總體參數。

通過上述技術方案，將翼載荷和推重比作為待優化參數，將最低燃料系數作為目標函數，解決了寬域飛行器總體參數設計優化中，對推重比和翼載荷的設計優化問題，使得寬域飛行器加速和爬升過程中，使用有限的燃料，使飛行器加速到指定的速度和高度，提高了飛行效率。