[发明专利]一种变外形飞行器变形轨迹优化方法

说明书

本发明提供了一种变外形飞行器变形轨迹优化方法，其具体步骤为：根据确定的典型任务剖面，选择典型飞行状态，再根据变外形飞行器的两个变形参数(后掠角和翼轴向位置)选择不同的变形构型，并分别采用无粘Euler求解器和N‑S求解器对低精度和高精度分析的构型进行CFD仿真，得到高、低精度气动数据。根据气动计算结果利用变复杂度模型进行建模并在模型上进行优化。最后使用最优气动性能结果进行弹道规划，并根据弹道规划的结果，选取弹道上的典型飞行状态点对应得到最优外形，求得飞行器在飞行过程中的变形规律。该方法可以大大降低计算成本，与常用的伪谱法相比减少了86％的计算时间，具有简单、易于实现等优点。

技术领域

本发明涉及飞行器空气动力和弹道领域，具体涉及一种变外形飞行器变形轨迹优化方法。

背景技术

变外形飞行器可以灵活地改变自身的气动外形，所以能够适应复杂的战场情况和飞行任务，对于兼顾高速飞机的亚、跨声速飞行性能和起飞着陆性能非常有意义。对于可变形翼的飞行器，其后掠角、机翼位置等参数在飞行中可以控制，使得飞行器在不同的飞行阶段和各个速度包络内都具有良好的飞行性能，较固定翼飞行器有许多优点：射程远、突防和机动能力强、能始终保持较高的升阻比等。

为了获得变外形飞行器的变形规律，常用的方法是最优控制理论中的伪谱法，包括Guass伪谱法、Legendre伪谱法和Radau伪谱法等。国防科技大学的黄明晗等和南京理工大学的赵日等利用Radau伪谱法解决了变形翼飞机的轨迹优化问题。南京理工大学的王娜等人使用了全局伪谱法与hp型有限元法融合的hp自适应伪谱法，对变后掠翼导弹末端弹道优化问题进行了研究。

对于简单、约束较少的问题，伪谱法可以快速获得理想解，但是对于复杂的问题，伪谱法需要高维插值多项式来获得近似解。此外，在解决轨迹优化问题时，伪谱法高度依赖于约束条件。另外，由于变外形飞行器的气动外形复杂，使用伪谱法进行弹道优化时需要进行大量的气动性能仿真，耗时很长、计算成本很高。

发明内容

针对现有方法对于变外形飞行器变形规律研究上的不足，本发明提供了一种变外形飞行器变形轨迹优化方法，该方法可以有效减少气动性能仿真耗时。本发明中所述的变外形飞行器为机翼后掠角和轴向位置可变的跨声速飞行器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种变外形飞行器变形轨迹优化方法，所述的变外形飞行器为机翼后掠角和轴向位置可变的跨声速飞行器，优化方法包括以下步骤：

(1)根据变外形飞行器确定典型任务剖面，进而选择典型飞行状态；

(2)在选择的典型飞行状态下，根据变外形飞行器的两个变形参数选择两种不同的变形构型；

(3)对两种不同的变形构型进行流体动力学仿真，得到两种不同精度的气动数据；

(4)然后在不同飞行状态下，利用变复杂度模型，基于两种不同精度的气动数据进行建立变复杂度模型；

(5)利用建立的变复杂度模型，对不同变形构型的升阻比进行优化，获得最大升阻比的构型及其对应的升力、阻力和力矩系数；

(6)利用不同飞行状态下最佳变形构型对应的气动力系数建立气动力数据插值表；

(7)采用建立的气动力数据插值表获得的气动力进行弹道规划；

(8)根据弹道规划的结果，选取弹道上的典型飞行状态点对应得到最优外形，求得飞行器在飞行过程中的变形规律。

作为本发明的进一步改进，所述典型飞行状态，包括飞行速度Ma和飞行攻角α。

作为本发明的进一步改进，所述两个变形参数为后掠角和翼轴向位置。

作为本发明的进一步改进，所述两种不同的变形构型分别采用无粘Euler求解器和N-S求解器进行流体动力学仿真。