本发明专利技术公开了一种降低气动耦合特性的飞行器总体随控优化方法，用于解决现有的方法设计的飞行器总体性能差的技术问题。技术方案是首先建立飞行器总体随控优化目标函数，确定飞行器总体随控优化约束条件，选取飞行器总体随控优化决策变量，确定飞行器总体随控优化决策变量寻优边界，建立飞行器总体随控优化完整模型以及基于遗传算法的飞行器总体随控优化，得到的飞行器优化外形有效降低了飞行器的气动耦合特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种飞行器总体随控优化方法，特别是涉及一种。
技术介绍
飞行器总体优化设计以多学科优化设计方法为主。该方法按照飞行器总体设计的优化目标对涉及的学科专业进行划分，将飞行器总体设计分解为发动机设计、气动参数设计、外形设计、弹体结构设计、弹道设计等多个学科。如文献“多学科设计优化在飞行器总体设计中的应用(《弹箭与制导学报》32 (3)，2012.6.pp.39 43)”将最大射程和最小起飞质量组成的多目标函数作为飞行器总体多学科设计优化的目标函数；确定影响该目标函数的集成学科包括发动机设计、全弹道外形设计、气动参数计算、弹体结构设计、质量分析、弹道设计、姿态控制和载荷计算八个关键专业；建立了各学科专业之间的输入输出及多学科设计模型。然而，当前多学科优化设计中所涉及的姿态控制学科仅限于对飞行器各通道操纵能力需求的分析，涉及的气动参数计算学科则仅限于对飞行器阻力及升阻比需求的分析。并未考虑给控制系统设计带来严峻挑战的飞行器气动耦合特性的相关需求，因此，设计得到的飞行器可能存在严重的气动耦合问题，无法直接对其进行各通道独立控制，而必须研究适用的解耦控制方法。然而，当前研究的解耦控制方法对飞行器模型的精确性及相应矩阵的秩有一定要求，其使用受到很大限制。因此，为了在飞行器总体设计阶段改善飞行器的总体性能，缩短飞行器总体循环迭代优化设计的研制时间，为控制系统设计人员提供控制特性较好的飞行器，将气动耦合程度低等控制学科需求作为飞行器总体优化设计指标对飞行器的总体优化设计具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有的方法设计的飞行器总体性能差的不足，本专利技术提供一种。该方法通过建立飞行器总体随控优化目标函数，确定飞行器总体随控优化约束条件，选取飞行器总体随控优化决策变量，确定飞行器总体随控优化决策变量寻优边界，建立飞行器总体随控优化完整模型以及基于遗传算法的飞行器总体随控优化，得到的飞行器优化外形可以有效降低飞行器的气动耦合特性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种，其特点是包括以下步骤:步骤一、建立飞行器总体随控优化目标函数，选取飞行器气动耦合特性评价指标——稱合度的表征模型，包括方向舵偏转对滚转通道的耦合度/<、方向舵偏转对俯仰通道的耦合度W，、差动舵偏转对偏航通道的耦合度wf/m1、差动舵偏转对俯仰通道的耦合度/<.//<= 0BP权利要求1.一种，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、建立飞行器总体随控优化目标函数，选取飞行器气动耦合特性评价指标一耦合度的表征模型，包括方向舵偏转对滚转通道的耦合度全文摘要本专利技术公开了一种，用于解决现有的方法设计的飞行器总体性能差的技术问题。技术方案是首先建立飞行器总体随控优化目标函数，确定飞行器总体随控优化约束条件，选取飞行器总体随控优化决策变量，确定飞行器总体随控优化决策变量寻优边界，建立飞行器总体随控优化完整模型以及基于遗传算法的飞行器总体随控优化，得到的飞行器优化外形有效降低了飞行器的气动耦合特性。文档编号G05B13/04GK103197546SQ201310060969公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日专利技术者周军, 林鹏, 周敏, 耿克达, 余晨菲 申请人:西北工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降低气动耦合特性的飞行器总体随控优化方法，其特征在于包括以下步骤：?步骤一、建立飞行器总体随控优化目标函数，选取飞行器气动耦合特性评价指标——耦合度的表征模型，包括方向舵偏转对滚转通道的耦合度方向舵偏转对俯仰通道的耦合度差动舵偏转对偏航通道的耦合度差动舵偏转对俯仰通道的耦合度即?引入权重系数对以上多耦合度转化为单目标函数为：?式中，系数p1、p2、p3、p4满足p1+p2+p3+p4=1；?飞行器的耦合度是飞行器飞行状态和总体外形参数的函数，表征形式分别如下：?（a）方向舵偏转对滚转通道的耦合度式中，kT为气流阻滞系数，Scw为垂尾面积，S为飞行器特征面积，L为飞行器特征长度，yr为方向舵面心到弹身纵轴的距离，Scwr为方向舵面积，SWr为垂尾面积，(Kδ0)cwr为方向舵与弹身之间的干扰系数，(Kδ0)W为翼身干扰系数，(Kδ0)Wr为升降舵与弹身之间的干扰系数，ηk为根梢比，为径展比，f为外露翼根弦剖面到压心的距离与半展长之比，近似取0.5；σ为弹身直径变化对滚动力矩产生影响所引进的修正系数；?（b）方向舵偏转对俯仰通道的耦合度式中，Scw为垂直尾翼面积，ηkcw为外露垂尾根梢比，λkcw、χcw分别为外露垂尾展弦比和后掠角；Scwr为方向舵面积，λkcwr为方向舵展弦比，为飞行器垂尾径展比、Lcw垂尾外露根弦中点到飞行器头部的距离；h、α、Ma分别为飞行器的飞行高度，飞行攻?角和飞行马赫数；?（c）差动舵偏转对偏航通道的耦合度式中，Sw为翼面面积，ηkw为外露垂尾根梢比，λkw为翼面展弦比，χw为垂尾后掠角，Swr为差动舵面积，λkwr为差动舵展弦比，为飞行器弹翼径展比，Lw为外露翼根弦中点到飞行器头部的距离，ywr为差动舵面心到弹身纵轴的距离；?（d）差动舵偏转对俯仰通道的耦合度式中，系数a0·a12、b0·b12、c0·c12是通过CFD计算并利用非线性最小二乘拟合方法确定得到的拟合值；?步骤二、飞行器总体随控优化决策变量包括：头部椎段长度Lz、圆柱段长度Lc、收缩尾部长度Lt、弹体直径D、垂尾展长l_cw、垂尾根弦bs_cw、垂尾梢弦b1_cw、方向舵展长lr_cw、方向舵弦长br_cw、弹翼根弦中点到飞行器头部距离Lw、毛机翼根弦bs_w、弹翼梢弦b1_w、弹翼翼展l_w、升降舵展长lr_w、升降舵弦长br_w，即优化模型的决策变量向量为：?X＝(Lz,Lc,Lt,D,l_cw,bs_cw,b1_cw,lr_cw,br_cw,Lw,bs_w,b1_w,l_w,lr_w,br_w)T????（7）?步骤三、确定飞行器总体随控优化约束包括以下两个子步骤：?子步骤1、基于飞行器设计多学科要求确定优化约束条件；?飞行器特征参数：弹身长径比λB、头部长径比λn、尾部长径比λt、垂尾展弦比λ_cw、垂尾根梢比η_cw、毛机翼展弦比λ_w、毛机翼根梢比η_w；优化对象飞行器特征参数是总体外形参数的函数，分别为：?（a）弹身长径比λBλB＝(Lz+Lc+Lt)D???（8）?（b）头部长径比λnλn＝LzD????（9）?（c）尾部长径比λtλt＝LtD???（10）?（d）垂尾展弦比λ_cw（e）垂尾根梢比η_cwη_cw＝bs_cw/b1_cw（12）?（f）毛机翼展弦比λ_w（g）毛机翼根梢比η_wη_w＝bs_w/b1_w????（14）?设定各参数可容许的变化范围为±m%，取k＝m%即得到以下约束条件：?其中，由飞行器基准外形特征参数可容许的变化范围确定m；λB_0、λn_0、λt_0、λ_cw_0η_cw_0、λ_w_0、η_w_0分别为未优化基准外形的弹身长径比、头部长径比、尾部长径比、垂尾展弦比、垂尾根梢比、毛机翼展弦比、毛机翼根梢比；?子步骤2、基于飞行器基准外形不变确定优化约束条件；?寻优算法得到的优化策略需保证飞行器单后掠翼单垂尾的基准外形不变，包括：?（a）飞行器毛机翼安装在弹体头部与圆柱段，即Lz+Lc≥Lw+bs_w2；?（b）飞行器单垂尾为梯形垂尾，即bs_cw≥b1_cw且l_cw≥D；?（c）方向舵为垂尾后缘舵，方向舵展长小于垂尾展长，方向舵弦长小于垂尾对应点的弦长，即?(l_cw?D)2≥lr_cw（d）飞行器的翼平面为梯形，即bs_w≥b1_w且l_w≥D；?（e）升降舵为翼面后缘舵，升降舵展长小于翼面展长，升降舵弦长小于翼面对应点的弦长，即?(l_w?D)2≥lr_w其中，bs_wl为外露翼面的根弦长度，其表达式为：?bs_wl＝b1_w+(l_w?D)(bs_w?b1_w)l_w综合以上...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周军，林鹏，周敏，耿克达，余晨菲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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