[發明專利]一種針對彈體結構的高置信度載荷不確定傳播分析方法

在審

• 申請號: 202211384355.6
• 申請日: 2022-11-07
• 公開（公告）號: CN115795658A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 邱志平;謝馮啟;邱宇;王磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京航空航天大學寧波創新研究院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F30/23;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲;顧煒

本發明公開了一種針對彈體結構的高置信度載荷不確定傳播分析方法，以準確預示導彈飛行器內載荷；該方法首先基于非概率貝葉斯更新策略，構建結構內載荷不確定輸入參數的區間模型后驗概率的迭代過程，以獲得不同區間模型的置信度；進而，利用所篩選的最優置信度的不確定輸入參數模型，基于勒讓德正交多項式構建結構內載荷響應函數的近似函數；最后，根據近似函數的零點特性求得載荷響應的區間上下界，實現了導彈飛行器結構內載荷設計的高置信度不確定性模型構建。

技術領域

本發明屬于導彈飛行器氣動結構載荷設計不確定性分析技術領域，具體涉及一種針對彈體結構的高置信度載荷不確定傳播分析方法，特別涉及基于非概率貝葉斯更新和勒讓德正交多項式構建近似函數方法的高置信度不確定性區間傳播技術，以實現在貧樣本信息下導彈飛行器結構內載荷設計的高置信度不確定性模型構建分析。

背景技術

導彈飛行器的設計要求主要依據其所需要完成的任務，以及完成它們所需要經歷的各種工作環境和條件。在這個過程中，起決定作用的是服役周期中的各種載荷。如果對主要載荷預計不足或者過高，則會造成結構破壞或者結構笨重，以致不能滿足總體性能要求。決定載荷大小及分布的主要因素為飛行器的飛行狀態和自身的結構特性。這些因素本身具有較大的分散性，最終會導致結構內載荷的不確定性。

工程上對載荷的不確定性預測主要有概率方法和非概率方法(主要為區間方法)兩種方法。常用的概率方法有蒙特卡洛模擬方法、矩估計方法等，其重要的應用前提是具有足夠數量的樣本數據以獲得參數的統計特征，然而在工程中難以獲得大量的樣本數據。區間方法只需要利用較少的信息確定不確定參數的區間上下界，具有更強的適用性。常用的區間方法有頂點組合法、泰勒級數展開法等。但當不確定輸入參數的數量顯著增加，結構復雜度上升、非線性性增強時，計算量指數級擴大，誤差增大，無法很好地解決工程上的多源不確定性問題。

在進行不確定性傳播分析得到結構內載荷不確定性區間之前，需要對構建的不確定輸入參數量化模型進行模型確認。利用低置信度的量化模型求解結構內載荷響應區間上下界將獲得不準確的結果，這在非線性問題中更為明顯。基于貝葉斯更新的區間模型確認方法利用新的樣本點，構建模型后驗概率的迭代過程，有效實現了區間量化模型的確認。

為了克服當前存在的技術瓶頸，針對導彈飛行器的彈體結構構建一種高置信度的結構內載荷不確定性傳播分析方法。基于非概率貝葉斯更新的模型確認方法，迭代篩選出置信度最高的模型。之后基于勒讓德正交多項式，構建結構內載荷響應函數的近似模型，逐維求得模型的極值點，最終得到結構內載荷響應的不確定區間上下界。發展和建立導彈飛行器彈體結構內載荷的高置信度不確定性分析技術，對于形成和完善導彈設計方法、縮短其建模周期和推動優化設計等方面均有顯著的現實意義。

發明內容

為克服導彈飛行器內載荷不確定性分析問題中需要大量樣本數據的問題，本發明提出一種針對彈體結構的高置信度載荷不確定傳播分析方法，其為針對彈體結構構建的一種高置信度的載荷不確定性傳播分析方法。基于非概率貝葉斯更新策略，構建結構內載荷不確定輸入參數的區間模型后驗概率的迭代過程，以獲得不同區間模型的置信度。利用所篩選的最優置信度的不確定輸入參數模型，基于勒讓德正交多項式構建結構內載荷響應函數的近似函數，根據近似函數的零點特性求得載荷響應的區間上下界，本發明能夠為導彈飛行器結構內載荷設計提供技術支撐。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種針對彈體結構的高置信度載荷不確定傳播分析方法，包括以下步驟：

第一步：給定需要置信量化的氣動外載荷不確定性輸入參數，包括飛行高度、馬赫數以及攻角、結構材料屬性參數；給定不確定性輸入參數的樣本數據，隨機選取部分樣本數據使用定量化方法對不確定參數進行量化，獲得r個量化區間I₁,I₂,…,I_r；