[发明专利]重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法

权利要求书

1.一种重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，包括：

根据火箭推力室的各设计变量的取值范围信息，确定用于确定性优化设计的第一设计空间；

根据所述第一设计空间，基于有限元仿真分析建立所述火箭推力室的第一代理模型；

针对预设的优化目标，采用多目标优化算法对所述第一代理模型进行确定性优化求解，得到对应于各所述设计变量的帕雷托解；

基于对所述帕雷托解的扩展，构建得到用于可靠性优化设计的扩展空间；

根据所述扩展空间建立所述火箭推力室的第二代理模型并进行可靠性优化求解，基于得到的解进行验证评估，获得最终设计结果。

2.根据权利要求1所述的重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，所述第一代理模型为响应面模型；所述根据所述第一设计空间，基于有限元仿真分析建立所述火箭推力室的第一代理模型，包括：

在所述第一设计空间内抽取预定组数的样本点，作为响应面的输入量；

针对每一组样本点，以所述火箭推力室的循环寿命及剩余强度作为响应输出进行有限元仿真分析，获得每一组样本点所对应的响应面的输出量；

基于各组响应面的输入量及其所对应的响应面的输出量，采用最小二乘法构建所述第一代理模型。

3.根据权利要求2所述的重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，在抽取样本点的过程中，采用的抽样方法包括拉丁超立方抽样、描述抽样。

4.根据权利要求2所述的重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，所述对所述第一代理模型进行确定性优化求解的过程中，基于如下数学模型进行求解，

其中，y_N表示循环寿命，y_S表示剩余强度，p_fout表示冷却通道出口压力，AA_min表示冷却通道最小横截面面积，x^L和x^U分别表示设计变量x的上边界和下边界，c、d表示设定的约束条件边界值。

5.根据权利要求4所述的重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，所述基于对所述帕雷托解的扩展，构建得到用于可靠性优化设计的扩展空间，包括：

将所述帕雷托解的区间上下边界分别乘以预设系数，得到帕雷托解的扩展区间；

基于所述帕雷托解的扩展区间，针对其中随机设计变量所对应的帕雷托解基以下表达式进行边界扩展处理，确定得到第二设计空间，

其中，和表示累积概率密度曲线的反函数，

下标A表示扩展区间内，下标D表示第一设计空间内，上标L表示变量取值的下界，上标U表示变量取值的上界，s表征变量的序号，

表示当随机设计变量的设计值位于下边界时，其随机值落在空间外的概率，示当随机设计变量的设计值位于上边界时，其随机值落在空间外的概率；

将所述第二设计空间与所述火箭推力室的各随机参数的取值范围进行组合，以构建得到用于可靠性优化设计的扩展空间。

6.根据权利要求5所述的重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，所述随机参数的分布满足正态分布，其取值范围的表达形式具体如下：

其中，表示累积概率密度曲线的反函数，

表示参数p的取值落在扩展区外的概率。

7.根据权利要求5所述的重复使用火箭发动机推力室可靠性优化设计方法，其特征在于，所述第二代理模型为响应面模型；所述进行确定性优化求解的过程中，基于如下数学模型进行求解，

其中，y_N(0.98)表示满足可靠性为0.98的循环寿命，y_S(0.99)表示满足可靠性为0.99的循环寿命，d表示确定性优化设计变量，x_r表示随机设计变量，p_r表示随机参数。