[发明专利]一种高超声速飞行器模型迭代设计方法

说明书

本发明公开了一种高超声速飞行器模型迭代设计方法，包括如下步骤：通过几何设计方法构建高超声速飞行器参数化模型；通过灵敏度方法提取高超声速飞行器关键的模型参数，简化参数化模型，得到高超声速飞行器面向迭代设计的代理模型；应用鸽群优化算法对高超声速飞行器的模型参数进行优化，获得不同飞行条件下模型的平衡状态；确定高超声速飞行器期望的性能指标，对模型的平衡状态进行迭代，获得飞行器最优的设计模型。本发明在复杂的飞行条件下，依据期望性能指标，采用鸽群优化算法获得最优的模型参数，快速地得到满足期望性能指标的最优模型参数，且能覆盖至所有飞行包线，为高超声速飞行器设计提供了好的模型优化工具。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是一种高超声速飞行器模型迭代设计方法。

背景技术

高超声速飞行器因其大马赫数和高海拔的飞行特性，具有极大的军事和民用价值。高超声速飞行系统集成了多学科的前沿技术，学科之间交互复杂，需要通过综合设计来获得最优的飞行器模型。

然而传统的高超声速飞行器建模过程往往基于风洞和试验数据，工作量庞大且费用昂贵；此外，数据获取过程耗时长，不利于模型的优化迭代设计，且控制作用很难与其他总体参数进行融合。本发明提出了一种高超声速飞行器模型迭代设计方法，采用参数化的建模方法构建高超声速飞行器面向迭代设计的模型，应用鸽群优化算法实现对模型的优化迭代设计，以满足期望的性能指标要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高超声速飞行器模型迭代设计方法，构建不同飞行条件下模型参数与期望性能指标之间的约束关系，通过迭代设计，实现对模型参数的优化，获得高超声速飞行器最优的设计模型。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高超声速飞行器模型迭代设计方法，包括如下步骤：

(1)通过几何设计方法构建高超声速飞行器参数化模型；

(2)通过灵敏度方法提取高超声速飞行器关键的模型参数，简化参数化模型，得到高超声速飞行器面向迭代设计的代理模型；

(3)应用鸽群优化算法对高超声速飞行器的模型参数进行优化，获得不同飞行条件下模型的平衡状态；

(4)确定高超声速飞行器期望的性能指标，对模型的平衡状态进行迭代，获得飞行器最优的设计模型。

优选的，步骤(1)中，通过几何方法构建高超声速飞行器参数化模型具体为：首先将高超声速飞行器基础构型采用部件拆解策略分解成为前机身，中段，后机身，机翼，控制面等部分，然后确定用以描述各个部分外形特征的几何参数，并确定这些参数是否完全独立，参数之间存在的约束，得到能描述无人机完整的几何参数集，进而指定参数集的取值，生成特定无人机外形，以检验前面得到的几何参数集能否描述无人机外形。最后将高超声速飞行器参数化的几何外形进行面元划分，采用工程估算方法估算建模所需的力，构建出高超声速飞行器参数化模型。

优选的，步骤(2)中，通过灵敏度方法得到高超声速飞行器代理模型、提取高超声速飞行器关键的模型参数具体包括以下步骤：

(21)高超声速飞行器参数化模型数据的采样；若以S_k表示设计变量第k维的取值集合，n(S_k)表示集合中所含元素的个数，则采样广度定义为：

根据定义可以知道，采样广度表示在设计空间中任意一维的采样个数不会小于C，C越大，则表示采样的覆盖面越广，而且C最大为样本空间的容量；

针对于实验设计的均匀性提出样本最小距离与样本电势的概念，若采用2范数定义样本空间中i个点与j个点的距离D_ij，则样本最小距离定义为：