[發明專利]一種適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法

在審

• 申請號: 202011584149.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112580274A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 尤明;戴磊;李旦偉;曹正禮;張苗;褚胤杰
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 劉傳準

1.一種適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，包括：

步驟S1、構建組合動力高超聲速飛機的面向控制數學模型，包括各動力組件單獨工作及組合工作下的升力系數、阻力系數、推力及比沖的數學模型；

步驟S2、根據所述面向控制數學模型構建組合動力高超聲速飛機的動力學模型，所述動力學模型包括基于迎角及火箭流量開度兩個控制變量的速度、高度、航跡角及質量四個狀態變量的動力學模型；

步驟S3、確定組合動力高超聲速飛機的爬升時的約束條件及選取一設定的優化目標；

步驟S4、根據所述優化目標，基于Gauss偽譜法求解最優爬升軌跡，所述最優爬升軌跡給出了所述控制變量與所述狀態變量的隨時間變化趨勢。

2.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S3中，所述約束條件包括邊值約束，所述邊值約束根據組合動力高超聲速飛機上升過程中的初始的速度、高度、航跡角及質量狀態參數，以及上升過程結束后的速度、高度及航跡角狀態參數確定。

3.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S3中，所述約束條件包括熱流密度約束，所述熱流密度約束根據組合動力高超聲速飛機的機體所能承受的最大熱流密度確定。

4.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S3中，所述約束條件包括動壓約束，所述動壓約束根據組合動力高超聲速飛機的上升過程中所能允許的最大動壓和最小動壓確定。

5.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S3中，所述約束條件包括過載約束，所述過載約束根據組合動力高超聲速飛機的上升過程中所能承受的最大過載確定。

6.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S3中，所述約束條件包括對四個狀態變量及兩個控制變量的直接約束。

7.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S3中，所述優化目標包括最少燃料消耗、最小熱流密度、最小控制能量三個優化指標中的至少一個。

8.如權利要求1所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S4進一步包括：

步驟S41、通過時域變換將最優控制問題的時間區間轉換到應用Gauss偽譜法的時間區間上；

步驟S42、對轉換后的時間進行離散，獲得多個時間離散點；

步驟S43、基于所述時間離散點，對所述狀態變量及控制變量分別進行離散化；

步驟S44、采用序列二次算法進行迭代求解，獲得爬升軌跡最優問題的解。

9.如權利要求8所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，步驟S42中，通過K階Legendre多項式的根來進行離散，獲得K個時間離散點，并疊加初始時間點構成K+1個時間離散點，在步驟S43之后，進一步包括通過積分來獲得末端時間點的離散化狀態變量及控制變量。

10.如權利要求8所述的適用于組合動力高超聲速飛機的軌跡優化方法，其特征在于，對所述Gauss偽譜法采用自適應離散策略，具體包括：

步驟T1、在步驟S41之后，對Gauss偽譜法的時間區間劃分為多段，并對每一段執行步驟S42的時間離散及步驟S43的變量離散；

步驟T2、獲取第k段時間區間的中點處的離散狀態方程的約束及路徑約束的誤差；

步驟T3、若所述離散狀態方程的約束及路徑約束的誤差均大于設定的誤差，則對該時間區間進行增加離散點數目的操作，或者進行增加時間區間段數目的操作。