宽域飞行器总体参数优化方法、系统及计算机存储介质技术方案

本发明专利技术涉及宽域飞行器总体参数优化方法、系统及计算机存储介质，将翼载荷和推重比作为待优化参数，将最低燃料系数作为目标函数，进行优化，包括：计算最大起飞重量作为定值；计算推重比样本域和翼载荷样本域；在样本域内随机选择n组样本分别作为优化初始值，进行航迹优化；根据航迹优化结果，得到n个最小燃料系数，对n个最小燃料系数按从小到大排序，最小值所对应的样本即为本轮迭代的最优解；根据优化算法循环n组样本的选取到最优解的计算过程，并根据优化算法判断是否收敛，如果满足收敛条件，则结束循环，从而得到优化后的总体参数。使得宽域飞行器在加速和爬升过程中，使用有限的燃料，将飞行器加速到指定的速度和高度，提高飞行效率。

Optimization method, system and computer storage medium for the overall parameters of wide area aircraft

【技术实现步骤摘要】
宽域飞行器总体参数优化方法、系统及计算机存储介质
本专利技术涉及宽域飞行器
，特别是涉及宽域飞行器总体参数设计优化的方法、系统及计算机存储介质。
技术介绍
宽域飞行器是指宽空域、宽速域、宽包线飞行器，能在0~6马赫，0~100km高度范围自由往返，并水平着陆。因此，宽域飞行器不仅需要具有较强的加速性能、爬升性能，还需要具备兼顾亚音速、跨音速、超音速和高超音速稳定可控的飞行能力，这为飞行器设计提出了更高的要求。飞行器总体设计过程中，主要关注最大起飞重量、翼载荷、推重比、燃料系数等参数。下面分别进行说明：飞行器重量是衡量飞行器大小的重要参数，一般根据所需要完成的任务估算得到，作为初始输入给定，并在一定范围内浮动。翼载荷是飞行器最大起飞重量同参考面积的比，参考面积为机翼投影面积。飞行器在加速过程中，希望具有较小的机翼面积，以产生较小的阻力，然而在爬升及着陆阶段需要较大的机翼面积以产生较大的升力和升阻比，如何选择机翼面积及翼载荷是总体设计所关注的问题。推重比表示飞行器最大推力同最大起飞重量的比，反映了飞行器的加速性能。在升阻比一定的情况下，较大的推重比使飞行器较快完成加速过程，但飞行器来不及爬升至理想高度，而低空阻力较大，飞行器加速所消耗的燃料较多。因此在加速爬升阶段，推重比并不是越大越好。而较大的发动机重量较大，将形成死重。燃料系数是指飞行器所携带的燃料重量同最大起飞重量的比，燃料系数越大，留给结构的重量就越小，需要在保证任务需要的情况下，尽可能的降低燃料系数。宽域飞行器加速和爬升过程中，需要消耗大量燃料，然而飞行器所携带的燃料较为有限，使用有限的燃料，使飞行器加速到指定的速度和高度，提高飞行效率，是飞行器总体设计过程需要重点考虑的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种宽域飞行器总体参数优化方法，具有飞行效率更高的特点。根据本专利技术提供的一种宽域飞行器总体参数优化方法，方法包括，将翼载荷和推重比作为待优化参数，将最低燃料系数作为目标函数，进行优化，具体包括：计算最大起飞重量作为定值；计算推重比上限和下限之间的浮动范围作为推重比样本域，计算翼载荷上限和下限之间的浮动范围作为翼载荷样本域；在样本域内随机选择n组样本分别作为优化初始值，进行航迹优化；所述n组样本为推重比样本和翼载荷样本的组合；根据航迹优化结果，得到n个最小燃料系数，对n个最小燃料系数按从小到大排序，最小值所对应的样本即为本轮迭代的最优解；根据优化算法，循环所述n组样本的选取到最优解的计算过程，并根据优化算法判断是否收敛，如果满足收敛条件，则结束循环，从而得到优化后的总体参数。通过上述技术方案，将翼载荷和推重比作为待优化参数，将最低燃料系数作为目标函数，解决了宽域飞行器总体参数设计优化中，对推重比和翼载荷的设计优化问题，使得宽域飞行器加速和爬升过程中，使用有限的燃料，使飞行器加速到指定的速度和高度，提高了飞行效率。所述推重比上限和下限的计算方法包括，根据轴向过载及气动力系数计算得到的推重比，作为推重比的上限；推重比的下限取1。所述翼载荷上限和下限的计算方法包括，根据进场速度及气动力系数计算得到的翼载荷，作为翼载荷的上限；在推重比取下限时，根据全包线定直平飞需满足的条件，计算得到的翼载荷，作为翼载荷的下限。所述航迹优化的方法包括，将n组样本分别作为优化初始值，将飞行器能够达到的最大速度、最大高度、进场速度、法向过载、轴向过载和最大动压作为约束，将最低燃料系数作为目标函数，进行航迹优化。所述航迹优化中，将飞行器的发动机推力T和迎角α对速度和高度的函数T（V，H）和α（V，H）作为待优化量；其中，V为飞行器的速度；H为飞行器的高度；计算发动机推力上限和下限之间的浮动范围作为发动机推力样本域，计算迎角上限和下限之间的浮动范围作为迎角样本域；根据航迹优化中的优化算法，得到较佳航迹下和最低燃料系数下的推力和迎角。所述发动机推力上限和下限的计算方法包括，根据当前推重比和最大起飞重量计算得到的推力，作为发动机推力上限；发动机推力下限为0。所述迎角上限和下限的计算方法包括，根据气动数据需要满足的纵向静稳定和横航向静稳定两个条件计算得到迎角的上限；迎角的下限为0升迎角。本专利技术的第二目的是提供一种宽域飞行器总体参数优化系统，具有飞行效率更高的特点。根据本专利技术提供的一种宽域飞行器总体参数优化系统，包括计算机存储介质和处理器，所述计算机存储介质存储有能够被处理器加载并执行的计算机程序，所述计算机程序包括，在样本域内随机选择n组样本；将所述n组样本分别作为优化初始值，将最低燃料系数作为目标函数，进行航迹优化；根据航迹优化结果，得到n个最小燃料系数，对n个最小燃料系数按从小到大排序，最小值所对应的样本即为本轮迭代的最优解；以及，根据优化算法，循环所述n组样本的选取到最优解的计算过程，并根据优化算法判断是否收敛，如果满足收敛条件，则结束循环，从而得到优化后的总体参数；其中，所述n组样本为推重比样本和翼载荷样本的组合，计算推重比上限和下限之间的浮动范围作为推重比样本域，计算翼载荷上限和下限之间的浮动范围作为翼载荷样本域；计算最大起飞重量作为定值。本专利技术的第三目的是提供一种计算机存储介质，具有有助于使飞行效率更高的特点。根据本专利技术提供的一种计算机存储介质，包括有能够被处理器加载并执行的计算机程序，所述计算机程序包括，在样本域内随机选择n组样本；将所述n组样本分别作为优化初始值，将最低燃料系数作为目标函数，进行航迹优化；根据航迹优化结果，得到n个最小燃料系数，对n个最小燃料系数按从小到大排序，最小值所对应的样本即为本轮迭代的最优解；以及，根据优化算法，循环所述n组样本的选取到最优解的计算过程，并根据优化算法判断是否收敛，如果满足收敛条件，则结束循环，从而得到优化后的总体参数；其中，所述n组样本为推重比样本和翼载荷样本的组合，计算推重比上限和下限之间的浮动范围作为推重比样本域，计算翼载荷上限和下限之间的浮动范围作为翼载荷样本域；计算最大起飞重量作为定值。综上所述，本专利技术对比于现有技术的有益效果为：能够在使用有限的燃料的情况下，使飞行器加速到指定的速度和高度，提高飞行效率。附图说明图1是本专利技术其中一实施例的宽域飞行器总体参数优化过程中的一级优化流程示意图；图2是图1所示实施例的宽域飞行器总体参数优化过程中的二级优化流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽域飞行器总体参数优化方法，其特征在于，方法包括，将翼载荷和推重比作为待优化参数，将最低燃料系数作为目标函数，进行优化，具体包括：/n计算最大起飞重量作为定值；计算推重比上限和下限之间的浮动范围作为推重比样本域，计算翼载荷上限和下限之间的浮动范围作为翼载荷样本域；/n在样本域内随机选择n组样本分别作为优化初始值，进行航迹优化；所述n组样本为推重比样本和翼载荷样本的组合；/n根据航迹优化结果，得到n个最小燃料系数，对n个最小燃料系数按从小到大排序，最小值所对应的样本即为本轮迭代的最优解；/n根据优化算法，循环所述n组样本的选取到最优解的计算过程，最终根据优化算法判断是否收敛，如果满足收敛条件，则结束循环，从而得到优化后的总体参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽域飞行器总体参数优化方法，其特征在于，方法包括，将翼载荷和推重比作为待优化参数，将最低燃料系数作为目标函数，进行优化，具体包括：
计算最大起飞重量作为定值；计算推重比上限和下限之间的浮动范围作为推重比样本域，计算翼载荷上限和下限之间的浮动范围作为翼载荷样本域；
在样本域内随机选择n组样本分别作为优化初始值，进行航迹优化；所述n组样本为推重比样本和翼载荷样本的组合；
根据航迹优化结果，得到n个最小燃料系数，对n个最小燃料系数按从小到大排序，最小值所对应的样本即为本轮迭代的最优解；
根据优化算法，循环所述n组样本的选取到最优解的计算过程，最终根据优化算法判断是否收敛，如果满足收敛条件，则结束循环，从而得到优化后的总体参数。


2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述推重比上限和下限的计算方法包括，根据轴向过载及气动力系数计算得到的推重比，作为推重比的上限；推重比的下限取1。


3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述翼载荷上限和下限的计算方法包括，根据进场速度及气动力系数计算得到的翼载荷，作为翼载荷的上限；在推重比取下限时，根据全包线定直平飞需满足的条件，计算得到的翼载荷，作为翼载荷的下限。


4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述航迹优化的方法包括，将n组样本分别作为优化初始值，将飞行器能够达到的最大速度、最大高度、进场速度、法向过载、轴向过载和最大动压作为约束，将最低燃料系数作为目标函数，进行航迹优化。


5.根据权利要求4所述的优化方法，其特征在于，所述航迹优化中，将飞行器的发动机推力T和迎角α对速度和高度的函数T（V，H）和α（V，H）作为待优化量；其中，V为飞行器的速度；H为飞行器的高度；
计算发动机推力上限和下限之间的浮动范围作为发动机推力样本域，计算迎角上限和下限之间的浮动范围作为迎角样本域；
根据航迹优化中的优化算法，得到较佳航迹下和最低燃料系数下的推力和迎角。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，李文皓，刘文，张陈安，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11