[发明专利]一种基于聚类分析的可回收火箭返回段自适应优化方法

权利要求书

1.一种基于聚类分析的可回收火箭返回段自适应优化方法，包括：

步骤1，建立一子级返回段的返回轨迹优化问题模型；所述优化问题模型中包括返回段的飞行段划分信息、设计变量信息和约束变量信息；其中约束变量信息包括设计变量约束信息、过程约束变量信息和末端约束变量信息；

其特征在于，还包括以下步骤：

步骤2，求解出末端约束变量相对于设计变量的状态转移矩阵；

步骤3，利用聚类算法将所述状态转移矩阵中的数据元素进行敏感度划分，根据设计需求从所述状态转移矩阵中识别划分出敏感度较高的数据元素形成初步降维后的状态转移矩阵M；

步骤4，根据设定的线性度准则，从M中筛选线性的约束变量、线性的设计变量以及对应的线性状态转移矩阵，从M中筛选非线性的约束变量、非线性的设计变量；

步骤5，针对线性的约束变量、线性的设计变量以及对应的线性状态转移矩阵，利用线性搜索算法求得最优的设计变量值；针对非线性的约束变量、非线性的设计变量，利用非线性优化方法中的直接优化方法求得最优的设计变量值。

2.如权利要求1所述的基于聚类分析的可回收火箭返回段自适应优化方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

步骤11，将返回段分为调姿段、动力减速段、大气再入段和垂直着陆段四个飞行段；

步骤12，建立一子级返回轨迹的三自由度动力学方程；

步骤13，确定一子级轨迹优化的目标函数、设计变量信息和约束变量信息。

3.如权利要求2所述的基于聚类分析的可回收火箭返回段自适应优化方法，其特征在于，所述步骤12中建立的三自由度动力学方程为：

其中，x、y、z分别为一子级在发射坐标系x向、y向、z向的坐标；V是一子级的速度值；θ是一子级的速度倾角；σ是一子级的偏航角；m为一子级当前质量；分别为x、y、z、V、θ、σ、m的变化率；R为地球半径；r为地心距；P为一子级上发动机的额定推力；ε_n为变推力因子且0≤ε_n≤1，n＝0时ε_n为动力减速段的变推力因子，n＝1时ε_n为垂直着陆段的变推力因子；I_sp为发动机比冲；g₀为海平面重力加速度；g_r＝-μ/r²，μ为地球引力常数；α为一子级的攻角；β为一子级的侧滑角；X_q、Y_q、Z_q分别为一子级在速度坐标系x向、y向、z向下的气动力分量。

4.如权利要求2或3所述的基于聚类分析的可回收火箭返回段自适应优化方法，其特征在于，所述步骤13中确定的目标函数用下式表示：minJ＝-m(t_f)，其中，J为目标函数，t_f为着陆时刻，m(t_f)为一子级在着陆时刻的质量。