[发明专利]一种基于蒙特卡洛仿真的飞行器总体概率设计方法

说明书

本发明涉及一种基于蒙特卡洛仿真的飞行器总体概率设计方法，包括以下步骤：S1、建立飞行器六自由度弹道仿真模型；S2、确定各项偏差的概率分布特性及分布参数取值；S3、确定蒙特卡洛打靶仿真次数；S4、根据各项偏差分布规律产生各项偏差的随机数；S5、进行蒙特卡洛飞行打靶仿真；S6、对打靶仿真样本进行处理。本发明的有益效果在于，提供一种基于蒙特卡洛仿真的飞行器总体概率设计方法，利用本发明的概率设计方法，在降低飞行器总体设计结果保守性的同时，可对系统的可靠性有较为准确的预测和评估。

技术领域

本发明涉及一种基于蒙特卡洛仿真的飞行器总体概率设计方法。

背景技术

在传统飞行器总体设计工程应用中，为提高飞行可靠性，通常对各偏差量采用极限和的方法处理，然后再在极限和的基础上乘以安全系数，并以此作为某些特征量的选择或设计的依据。这样容易导致理论计算出的设计特征量过大，造成本专业余量过大，另外，安全系数本身是按照经验选取的，具有一定的主观性。这种设计思路一般是基于使得设计的飞行器绝对安全可靠，带来的负面影响一方面使得相关专业的可靠性过高，反而影响了飞行器总体性能的发挥，另一方面，这种设计理念与现今精细化设计思想相违背，也造成了总体方案的不优化。

近年来，概率设计方法的兴起将飞行器总体设计方法推向一个新的高度。它的目标是达到系统设计指标，消除设计中裕度过大的问题。传统的安全系数设计中，虽然国内外有关标准也对某些特征量的裕度做了规定，但没有将裕度与可靠性指标联系起来。这样的经验裕度设计不能对可靠性进行量化，为了追求安全可靠而设法选用优质材料或多冗余系统，造成不必要的浪费。而概率设计方法则是希望所设计的系统在大量独立、随机、可重复的运行过程中，可总体满足系统可靠性所提出的指标，削减不必要的裕度，对系统的可靠性有较为准确的预测，从而减少生产费用、降低系统复杂度。可以看出，概率设计方法是一种更加精细化的设计方法。

为了提高所设计飞行器的竞争力，优化总体方案，必须用可靠性设计取代传统极限包络设计。目前还没有一套理想的可靠性设计方法，过多地强调数学上严格性的可靠性设计方法是没有实用价值的，必须寻找一种使用的可靠性设计方法。从目前收集到的资料来看，国内外对概率设计方法的研究集中在飞行器结构概率设计上，对其他领域尤其是总体设计方法领域上的研究不多，相关的参考文献也很少。

飞行器的运动学和动力学方程实际上是一个变系数的常微分方程，飞行器总体设计的核心是基于六自由度弹道设计及相关专业参与的仿真与分析，因此，总体设计参数一般无解析解。工程上一般在考虑相关输入参数偏差的情况下，采用仿真计算的方法得到各总体设计参数的设计值。

蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真方法又称统计实验方法，它是一种采用统计抽样理论近似求解数学、物理及工学问题的方法。它解决问题的基本思想是，首先建立与描述该问题相似的概率模型，然后对模型进行随机模拟或统计抽样，在利用所得到的结果求出特征的统计估计值作为原问题的近似解，并对解的精度做出某些估计。蒙特卡洛仿真方法的主要理论依据是大数定理，其主要手段为随机变量的抽样分析。蒙特卡洛法的目标是求解在系统输入服从特定概率分布的条件下对系统输出的影响。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种基于蒙特卡洛仿真的飞行器总体概率设计方法，利用本发明的概率设计方法，在降低飞行器总体设计结果保守性的同时，可对系统的可靠性有较为准确的预测和评估。

本发明的技术方案是这样的：

一种基于蒙特卡洛仿真的飞行器总体概率设计方法，包括以下步骤：

S1、建立飞行器六自由度弹道仿真模型：建立飞行器包含质心运动学方程、质心动力学方程、姿态运动学方程、姿态动力学方程、控制方程在内的六自由度弹道仿真模型；

S2、确定各项偏差的概率分布特性及分布参数取值：针对总体概率设计中需要考虑的各项偏差，确定适合各项偏差的概率分布特性及分布参数取值；