[發明專利]一種抗干擾的空天往返飛行器FADS系統測壓孔布局方法

在審

• 申請號: 202011590480.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112699602A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 肖地波
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/28;G06F30/25;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 馬苗苗

本發明公開了一種抗干擾的空天往返飛行器FADS系統測壓孔布局方法，包括以下步驟：根據初始猜想值定義測壓孔初始位置；用CFD(計算流體動力學)計算飛行器頭部的壓力分布；基于FADS(Flush Airdata Sensin，嵌入式大氣數據傳感)系統空氣動力學模型解算大氣數據，多次重復取平均值與參考數據比較獲得誤差；進行價值函數的計算，通過綠頭鴨優化算法實現目標函數的最小化。本發明采用的綠頭鴨優化算法具備跳出局部最優解的能力，使獲得最優解的質量更加可靠，利于全局擇優；基于此特點，本方法能確定空天往返飛行器最佳的測壓孔位置，從而提高FADS系統的測量精度和抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及嵌入式大氣數據傳感(Flush Airdata Sensing，FADS)系統檢測位點的確定方法，具體涉及基于差分遺傳算法的空天往返飛行器FADS系統測壓孔布局方法。

背景技術

空天往返飛行器穿越大氣層過程中產生的大量氣動熱給機載大氣數據測量系統帶來了很大挑戰，傳統的空速管、風標式迎角側滑角傳感器等測量裝置由于強烈的氣動熱而無法工作，甚至燒毀。FADS通過在飛行器頭部布置測壓孔陣列，用引氣管路將表面壓力引入飛行器內部的壓力傳感器，從而獲得飛行器表面的壓力分布，再根據表面壓力分布來推算大氣數據(如迎角、側滑角、動壓、靜壓等)。由于獨立測量的大氣數據有四個，因此至少需要測量四個測壓孔位置，考慮到冗余和實際流場信息，常用的布局形式是：在飛行器頭部頂端布置一個測壓孔，用于測量總壓，再選擇后面1-3個橫截面，在橫截面上采用“十字形”、“放射形”或“扇形”的布置一系列測壓孔，如圖2所示。

測壓孔的數量、位置等對大氣數據測量系統性能有顯著影響。傳統的布局多根據經驗進行，《計算機仿真》第25卷第11期第48-51，105頁發表的文章《FADS壓力傳感器冗余配置研究》中從可靠性和噪聲抑制能力兩個角度出發，提出了典型布局形式的一種比較方法，但是并未給出測壓孔位置的選擇方法?！队嬃繉W報》第25卷第3期第257-261頁文獻《基于模糊邏輯的嵌入式飛機大氣數據傳感器測量位置優化設計》中提出了以模糊邏輯為理論基礎的嵌入式大氣數據系統中測壓孔位置優化設計的方法。該方法首先確定一些優化準則，然后采用模糊邏輯理論來計算某個橫截面位置(文中稱為“站位”)與一些優化準則之間的符合程度，從而獲取最佳的橫截面位置。該方法只能優化測壓孔的橫截面位置(圖2中的x坐標)，并未給出測壓孔在橫截面上的位置(y坐標和z坐標)的選取方法。此外，當前的測壓孔布局都是在飛行器頭部頂端布置一個測壓孔以測量總壓，然而，對于空天往返飛行器來說，頭部頂端往往會由于大量的氣動熱而燒蝕掉一部分。本發明針對這些局限性提出一種基于綠頭鴨優化算法的空天往返飛行器嵌入式大氣數據傳感系統測壓孔布局方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提出基于差分遺傳算法的空天往返飛行器FADS系統測壓孔布局方法，在多種約束條件下，尋找最優的測壓孔布局，使得在整個飛行軌跡上，FADS系統輸出大氣數據的綜合誤差最小，以解決目前此類飛行器測壓孔布局理論支撐的不足，提高系統輸出的精度。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種抗干擾的空天往返飛行器FADS系統測壓孔布局方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A、根據初始猜想值定義，定義測壓孔陣列；

根據飛行器頭部曲面形狀，將笛卡爾坐標系中測壓孔的位置坐標轉換為用圓錐角和圓周角表示，飛行器頭部(x_i y_i z_i)位置對應圓錐角λ_i和圓周角φ_i，初始猜測位置(x_i y_iz_i)或(x_iλ_iφ_i)的壓力值記為P_i；

步驟B、用CFD計算飛行器頭部的壓力分布；