[发明专利]基于代理模型的高超飞行器多源能量优化方法

说明书

本发明公开了基于代理模型的高超飞行器多源能量优化方法，包括：S1，建立并联式TBCC发动机及多源能量提取系统机理模型；S2，对机理模型进行仿真，生成样本库数据；S3，利用GA‑BP神经网络泛化机理模型的运行规则，建立可实时仿真的代理模型，以解决机理模型实时性不足的问题；S4，构建基于神经网络代理模型的高超声速飞行器多源能量优化设计问题；S5，利用优化算法NSGA‑II求解当前最优的多源能量配置方式；S6，判断当前发动机参数是否在安全性约束内，若否则返回S5。本发明能降低高超声速飞行器多源能量优化的计算成本，提高优化效率。

技术领域

本发明公开了一种基于代理模型的高超飞行器多源能量优化方法，属于飞行器综合能源优化领域。

背景技术

高超声速飞行器是未来战机的理想平台，其对机动性、飞行航时、飞行航程等方面都提出了更高的要求，且有机电设备替代传统气压、液压设备的趋势，飞行器的用电量将上升数个量级。现有的机载电能生成系统主要通过从发动机的固定部位引气、或燃烧、或提取轴功的方式提取能量转换为电能，能量提取形式单一，既不能满足未来高超声速飞行器的电能需求，也无法在高机动下自适应兼顾能效最优，单一形式从固定部位提取能量对发动机的性能造成了极大的影响，严重制约了飞机的巡航时间及飞行半径。对于拥有高电能需求、高续航需求和高推重比需求的高超声速飞行器，需要针对其主动力的形式设计一种多源的、智能化管控的方式提取能量，在满足高超声速飞行器电能需求的同时降低对发动机的性能影响。

当前国内外研究多着眼于高超声速飞行器主动力的关键技术，新型组合循环动力技术得到了跨越式发展，涡轮基组合循环(TBCC)发动机由涡轮发动机和冲压发动机并联或串联组合而成，有着较高的比冲和宽广的飞行包线，并具有低速燃油经济性好、可常规起降、可重复使用、等优点，以TBCC发动机为动力的高超声速飞行器可实现从地面起飞到高马赫数巡航的全包线工作。然而，针对高超声速飞行器的有效电能生方法和高效能量优化等研究较为薄弱。高超声速飞行器通过主动力进气/油气总焓提取、轴功率提取、热能提取及燃油冷利用等方法实现多源电能的生成，这些均会对发动机的耗油率、推力、稳定裕度等性能指标产生影响，且不同能量提取方式及多源能量的参数配置对发动机的性能影响机理不同。因此加强多源能量优化方法的研究，有利于促进高超声速飞行器系统技术的平衡发展，满足其更高推重比和更低的燃料消耗率的综合优化设计方法要求。同时，降低使用成本和提高作战性能是未来高超声速战机发展的矛盾焦点，而新型的多源电能生成系统及高效的多源能量优化方法是解决这一矛盾的技术领域之一，因此本发明所提出的高超声速飞行器宽域多源能量优化方法研究对未来军用飞行器设计具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供基于代理模型的高超飞行器多源能量优化方法。该方法采用可实时仿真的代理模型以解集在复杂多变的飞行工况下机理模型实时性不足的问题，并采用多目标优化算法来实现实时的多源能量优化。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

S1，建立并联式TBCC发动机及多源能量提取系统机理模型。并联式TBCC发动机由涡扇发动机和冲压发动机并联组合而成，其并联式的双通道相对独立。涡扇发动机通道的主要部件为：低速进气道、低压压气机、高压压气机、主燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、外涵道、混合室、加力燃烧室、低速喷管。冲压发动机通道的主要部件为：高速进气道、隔离段、燃烧室、高速喷管。多源能量提取系统模型包含轴功提取发电、引气发电、燃气涡轮发电、油气涡轮发电、蓄电池。当发动机工作在涡扇发动机模式时，采用以下能量提取方式：

1)轴功提取发电

2)引气发电

3)燃气涡轮发电，从高压级/中间级/外涵道提取能量。

当发动机工作在冲压发动机模式时，采用以下能量提取方式：

1)引气发电

2)燃气涡轮发电