机载导弹分离过程中的参数化气动建模与轨迹优化

发布时间：2020-05-21 11:55

【摘要】：现代战争中,战斗机通过携带机载武器从而完成各种各样的战术任务。对机载导弹分离过程进行设计和研究,确保分离过程的安全性,一直以来都是世界各国关注的重点。现有的研究手段主要是基于嵌套CFD数值计算的分离轨迹仿真或者通过风洞进行试验,成本高,耗时长。一个参数化的气动模型可以直观地表达各影响因素对于气动力(力矩)的影响形式,便于工程人员对分离过程进行理解和设计,同时,也有利于气动力(力矩)的敏感度研究、大量的分离轨迹仿真、分离轨迹优化设计和分离过程的控制器设计。然而,机载导弹分离过程中,载机对导弹的气动干扰效应十分复杂,导弹的气动力(力矩)模型也不再是均匀流场中简单的线性化模型,因此,如何构建一个满足所需精度同时又精简的导弹气动参数化模型是一个研究的重点和难点。本文主要论述了分离过程中导弹气动参数化建模的方法,并基于此参数化模型,构建了分离轨迹优化的最优控制问题,采用高斯伪谱法求解了最优分离轨迹。主要内容如下:1.基于扰动叠加的建模思想,将分离过程中导弹的气动模型视为“均匀流模型+扰动模型”,采用多元正交函数最小二乘法对采样数据进行回归建模,给出了均匀流模型与扰动模型的具体表达形式。基于回归模型的统计检验,提出了扰动模型结构的选取策略。针对扰动模型的边界条件与波动规律,提出了变系数的多项式模型,并通过混合优化算法完成了扰动模型中的参数估计。2.详细介绍了参数化建模中的核心算法—多元正交函数最小二乘法,并通过实际数值算例说明了该方法相对于一般多项式回归方法的优点:快速自主地辨识模型结构,有效地避免参数估计中的矩阵“病态”问题。给出了多元线性回归模型的统计学检验方法。3.采用全析因方法设计了试验样本点,基于得到的CFD数据库构建了分离过程中导弹纵向面内的气动参数化模型,通过与建模数据和CTS风洞数据的对比,验证了建模方法的正确性。基于参数化气动模型进行了无控情况下的分离轨迹仿真,选取适当的目标函数与约束条件,构建了导弹纵向平面内分离轨迹优化问题,并通过直接打靶法与高斯伪谱法求解得到了最优开环控制规律和最优分离轨迹。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ762.2
，

本文编号：2674253