高超声速巡航气动参数/轨迹联合优化与算法比较

发布时间：2021-07-14 02:14

　　针对高超声速稳态巡航飞行的气动参数/轨迹联合优化问题,设计了嵌套形式的两级优化器。其中,内层优化器针对巡航轨迹进行优化,优化算法选用序列二次规划算法（Sequential Quadratic Programming,SQP）;外层优化器基于巡航轨迹的优化结果,对气动参数进行优化,分别采用序列二次规划算法、遗传算法（GeneticAlgorithm,GA）和基于两者的混合算法进行优化。对整个联合优化问题进行了描述,对嵌套联合优化的方法优势和流程进行了说明。给出了嵌套优化器在内外2层的优化模型,包含设计变量、目标函数和约束条件。最后,进行了多组联合优化仿真,得到了巡航航程随升阻比提高的优化幅度曲线。同时,对不同外层优化算法下的优化全局性、计算效率等进行了对比分析,并结合各方法的优缺点,给出了实际优化问题中优化算法选用的建议。 

【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

巡航航程随升阻比增加的关系曲线Fig.2RelationCurveofCruiseRangeEnhancementandLift-dragRadioImprovement

礁叨萮0cr/km27.327.327.3初始巡航马赫数Ma0cr777最大巡航攻角/(°)333最小巡航攻角/(°)2.742.742.74总巡航时间/s184182184优化用时/min15566356783.2比较与分析将不同升阻比增加率下的气动参数/轨迹联合优化解及优化耗时汇总对比如表6所示。其中，定义基于X-43原气动参数的航程最优巡航轨迹为基准解，定义优化解的巡航航程相对于基准解航程提升的百分率为巡航航程增加率。其随升阻比增加率的变化如图2所示。将基准解的巡航轨迹与部分升阻比参数下的优化巡航轨迹进行了对比，如图3所示。可以看出3条巡航轨迹中巡航高度变化很小，满足本文的稳态巡航要求。分析表2~5和图2可知，各最优解对于巡航飞行航程的改进较为明显，相比于基准解的航程提升幅度最大可达50%。巡航航程增加幅度随升阻比增加率的变化基本呈现线性关系。实际设计中，需结合巡航轨迹设计需求和气动外形设计的技术难度进行权衡设计。图2巡航航程随升阻比增加的关系曲线Fig.2RelationCurveofCruiseRangeEnhancementandLift-dragRadioImprovement图3巡航轨迹Fig.3TheCruiseTrajectories表6优化结果汇总与对比Tab.6OptimizationResultandComparison参数基准解优化解ηΔ=0ηΔ=10%ηΔ=20%ηΔ=30%ηΔ=40%ηΔ=50%最优巡航航程xcr/km256278297320344365385巡航航程增加率08.6%16%25%34.3%42.6%50.4%优化解的巡航航程与最优航程之比SQP—100%94.9%95%96.8%98.1%100%GA—97.5%100%100%98.5%99.5%98.7%GA+SQP—97.5%100%100%100%100%100%优化时间与混合算法耗时之比SQP—0.55%4%2.1%1.4%4.2%0.26%GA—98.9%97.2%98.5%98.4%95.4%99.7%从表6可以看出?

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进遗传算法和序列二次规划的再入轨迹优化[J]. 张鼎逆,刘毅.  浙江大学学报(工学版). 2014(01)
[2]带静态参数的高超声速飞行器轨迹优化算法[J]. 张红文,张科南,陈万春.  北京航空航天大学学报. 2014(02)
[3]高超声速巡航导弹乘波构型优化设计与性能分析[J]. 刘济民,侯志强,宋贵宝,朱旭程.  空气动力学学报. 2011(01)
[4]固体运载火箭轨迹/总体参数一体化优化设计研究[J]. 胡凡,杨希祥,江振宇,张为华.  固体火箭技术. 2010(06)



本文编号：3283197