【技术实现步骤摘要】
本申请属于飞机性能设计的，特别涉及一种基于动态规划设计飞机竖直航路的方法。
技术介绍
1、飞机是目前世界上高效的、舒适的远距离交通工具。飞机的航路设计影响飞机的飞行任务。合理、优化的航路设计对于减少飞机的使用成本至关重要。
2、飞机的航路设计主要包含两个部分：水平航路设计和竖直航路设计。水平航路设计是指飞机从出发机场到目标机场过程中，飞行轨迹在大地平面内的投影。理想情况下，飞机沿着地球的大圆航线飞行，水平航路距离最短。通常情况下，飞机沿着导航点飞行，水平航路基本固定。
3、竖直航路设计是指飞机从出发机场到目标机场过程中，飞行轨迹在竖直平面内的投影，也称为竖直航路。对于运输类飞机，竖直航路设计在于确定飞机的巡航高度。对于航路距离较远的情况下，飞机的巡航高度直接选择最优巡航高度即可。对于航路距离较短的情况下，飞机的巡航高度需选择略低于最优巡航高度的结果。
4、对于某些飞机在执行任务过程中需要多次抵达中低空的设计场景，传统的飞机竖直航路设计不完全适用。首先传统的运输飞机竖直航路设计面向高竖直航路，缺少在执行运输任务过程中降低巡航高度的任务场景；其次传统的作战飞机竖直航路设计往往只有1个中低空巡航/作战任务段，缺少在执行任务过程中多次降低巡航高度的任务场景；最后，传统的飞机竖直航路设计更加偏向于性能计算，缺少竖直航路优化设计的过程。因此开发一种飞机竖直航路优化设计方法非常重要。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供了一种基于动态规划设计飞机竖直航路的方法
2、本申请的技术方案是：一种基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，包括：
3、确定飞机类型和起降机场的位置，确定飞机各个固定的任务段和条件；根据各个固定的任务段的先后顺序初步构建整个竖直航路；
4、根据各个固定的任务段对整个竖直航路进行拆分，形成若干个局部竖直航路；
5、提取其中一个局部竖直航路，获取该局部竖直航路执行任务过程中的状态信息，并将状态信息划分为多个阶段；对不同阶段进行分别决策，得到决策结果；
6、使用状态转移方程描述各相邻阶段的状态关系，根据各相邻阶段的状态关系和决策结果建立以水平飞行距离为指标的指标函数；
7、获取各相邻阶段内指标函数的水平飞行距离最大值，形成对应局部竖直航路的最优策略和最优指标函数，最优指标函数记作fk(sk)；而后再选择下一个局部竖直航路，直至全部局部竖直航路均优化完成之后，得到整个竖直航路的优化结果。
8、优选地，各个固定的任务段包括飞机任务段1、飞机任务段2和飞机任务段3。
9、优选地，各个固定的任务段的条件为：
10、确定飞机任务段1的条件，距离起飞机场xx1，飞行高度为hh1，飞机在任务段1中平飞的距离为ll1；
11、确定飞机任务段2的条件，距离起飞机场xx2，飞行高度为hh2，飞机在任务段2中平飞的距离为ll2；
12、确定飞机任务段3的条件，距离起飞机场xx3，飞行高度为hh3，飞机在任务段3中平飞的距离为ll3。
13、优选地，构建整个竖直航路的具体方法为：根据任务段的数据和飞机的设计参数，初步设定各飞行段的重量。
14、优选地，对于亚音速喷气式飞机，根据飞行重量评估最优的巡航高度和巡航速度。
15、优选地，对整个竖直航路进行拆分的具体方法为：每两个固定的飞行段及中间的可变飞行段组成一个局部竖直航路，n个空中固定的飞行段以及起飞着陆段共组成n+1个局部竖直航路。
16、优选地，拆分为四个局部竖直航路，从起飞段到任务段1是第1个局部竖直航路；从任务段1到任务段2是第2个局部竖直航路；从任务段2到任务段3是第3个局部竖直航路；从任务段3到着陆段是第4个局部竖直航路。
17、优选地，状态信息包括执行任务过程中的巡航高度标记为：h1、h2、h3、…hm，机场的高度标记为h机场；执行任务过程中的飞机起飞重量标记为：g1、g2、g3、…gn+1，通过重量的变化，将飞行过程分为n个阶段。
18、优选地，不同阶段对应的飞机重量为重量gk，重量gk对应的状态为sk(1≤k≤n+1)；当(1≤k≤n)，飞机处于起飞状态，当k＝n+1，飞机处于着陆状态；起飞重量g1～gn条件下的起飞耗油与重量相关，可以保证在gk＞gk+1(1≤k≤n-1)的条件下，起飞结束时的重量gk'＞gk+1'。
19、优选地，将状态信息划分为多个阶段的方法为：根据巡航高度与飞机重量的划分，设定整个续航过程的状态sk,j，其中1≤k≤n+1，1≤j≤m，状态sk,j包含的信息：飞行高度等于hj，飞行重量等于gk,j；gk,j是飞机以gk为起飞重量起飞并爬升到第j个高度时的重量，gn+1,j是飞机着陆重量为gn+1时从第j个高度下降时的重量；由于初始爬升重量gk'＞gk+1'，根据性能数据规律，相同高度条件下的巡航重量gk,j＞gk+1,j。
20、优选地，各个状态与多个阶段的关系为：状态数值增加为爬升，数值不变为巡航飞行，数值减少为下降。
21、优选地，对不同阶段进行分别决策的具体方法为：
22、使用一组数据标记在执行任务过程中的巡航高度，使用一组重量数据标记飞机在执行任务过程中的重量，通过重量的变化，将每个飞行过程分为多个阶段；将每个阶段开始时飞机所处的飞行高度设定为状态，状态与飞行阶段建立关系。
23、优选地，确定相邻阶段各状态之间的决策结果，为：d(sk,j)＝{sk+1,1，sk+1,2，…，sk+1,m}；结合飞机竖直航路的规律，对决策作结果简化处理，即d(sk,j)＝{sk+1,j，sk+1,j+1，…，sk+1,m}，而后得到飞机从sk,j运行到sk+1,l(j≤l≤m)的飞行方式。
24、优选地，飞机从sk,j运行到sk+1,l(j≤l≤m)的飞行方式为：首先从hj爬升到hl，然后从gk,l巡航到gk+1,l；飞机从sk,j运行到sn+1,l(l≤j≤m)的飞行方式为：首先从gk,j巡航到gn+1,l，然后从hj下降到hl。
25、优选地，各相邻阶段的状态关系具体为：根据各状态包含的高度和重量信息，结合整个续航过程中的状态设计，得到飞机从sk,j运行到sk+1,l(j≤l≤m)的状态转移方程。
26、优选地，状态转移方程为：
27、
28、其中gclimb(gk，hj)是计算飞机以gk为起飞重量起飞并爬升到hj高度时的重量；gdecline(gk+1，hl)是计算飞机从hl高度下降到机场并以gk+1为着陆重量的条件时的下降重量，△g为重量步长。
29、优选地，以水平飞行距离为指标的指标函数为：
30、l(k,j)＝l(k,j)(sk,j,uk,j),gclimb(gk+1,hl)＞gdecline(gn+1,hl本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，包括：确定飞机类型和起降机场的位置，确定飞机各个固定的任务段和条件；根据各个固定的任务段的先后顺序初步构建整个竖直航路；
2.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：各个固定的任务段包括飞机任务段1、飞机任务段2和飞机任务段3。
3.如权利要求2所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，各个固定的任务段的条件为：
4.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：构建整个竖直航路的具体方法为：根据任务段的数据和飞机的设计参数，初步设定各飞行段的重量。
5.如权利要求4所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：对于亚音速喷气式飞机，根据飞行重量评估最优的巡航高度和巡航速度。
6.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，对整个竖直航路进行拆分的具体方法为：每两个固定的飞行段及中间的可变飞行段组成一个局部竖直航路，n个空中固定的飞行段以及起飞着陆段共组成n+1个局部竖直航路。<...
【技术特征摘要】
1.一种基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，包括：确定飞机类型和起降机场的位置，确定飞机各个固定的任务段和条件；根据各个固定的任务段的先后顺序初步构建整个竖直航路；
2.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：各个固定的任务段包括飞机任务段1、飞机任务段2和飞机任务段3。
3.如权利要求2所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，各个固定的任务段的条件为：
4.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：构建整个竖直航路的具体方法为：根据任务段的数据和飞机的设计参数，初步设定各飞行段的重量。
5.如权利要求4所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：对于亚音速喷气式飞机，根据飞行重量评估最优的巡航高度和巡航速度。
6.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，对整个竖直航路进行拆分的具体方法为：每两个固定的飞行段及中间的可变飞行段组成一个局部竖直航路，n个空中固定的飞行段以及起飞着陆段共组成n+1个局部竖直航路。
7.如权利要求6所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：拆分为四个局部竖直航路，从起飞段到任务段1是第1个局部竖直航路；从任务段1到任务段2是第2个局部竖直航路；从任务段2到任务段3是第3个局部竖直航路；从任务段3到着陆段是第4个局部竖直航路。
8.如权利要求1所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于，状态信息包括执行任务过程中的巡航高度标记为：h1、h2、h3、…hm，机场的高度标记为h机场；执行任务过程中的飞机起飞重量标记为：g1、g2、g3、…gn+1，通过重量的变化，将飞行过程分为n个阶段。
9.如权利要求8所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：不同阶段对应的飞机重量为重量gk，重量gk对应的状态为sk(1≤k≤n+1)；当(1≤k≤n)，飞机处于起飞状态，当k＝n+1，飞机处于着陆状态；起飞重量g1～gn条件下的起飞耗油与重量相关，可以保证在gk＞gk+1(1≤k≤n-1)的条件下，起飞结束时的重量gk'＞gk+1'。
10.如权利要求9所述的基于动态规划设计飞机竖直航路的方法，其特征在于：将状态信息划分为多个阶段的方法为：根据巡航高度与飞机重量的划分，设定整个续航过程的状...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐声明，商立英，张彦军，窦炳耀，张超，明亚丽，任江涛，马岩，慧荣，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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