CN118938680B 一种基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法 （西北工业大学）

一种基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿本发明公开了一种基于伪谱法的飞行器任机翼变弯度控制策略进行耦合设计实现飞行器Radau伪谱法对任务剖面进行离散化、将连续最用于大规模稀疏NLP问题的求解器迭代求解直至满足收敛准则以及对优化结果进行后处理和分和飞行条件下提供最优的控制策略和轨迹规划2SS6.对优化结果进行后处理和分析。2.根据权利要求1所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在所述飞行动力学子模型采用三自由度质点运动方程描述飞行器的所述包含机翼变弯度影响的空气动力学子模型为基于CFD模拟并结合数据采样构建的所述动力推进子模型为基于发动机特性参数表构建的推进代理模型，所述大气模型为标准大气模型或数值天气预报模型，用于描述大气3.根据权利要求2所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在3所述包含机翼变弯度影响的空气动力学子模型采用多保真度Kriging代理模型，通过参数至少包括尾翼扭转角TwisttailH、第一副翼扭转角TwistAileron1、第二副翼扭转角所述动力推进子模型为基于发动机特性参数表构建的Kriging推进代理模型，模型的输入变量为马赫数Ma、飞行高度h和发动机转速N，输出变量为发动机推力T和燃油消耗率4.根据权利要求1所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在45.根据权利要求1所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在SS34.使用K_1阶Lagrange插值多项式近似每个子区间内的状态变量X(t)和控制变量6.根据权利要求5所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在SS41.采用Gauss求积公式将目标函数中的积分项SS42.利用Radau伪谱法微分矩阵D将动力学约束方程组离散化SS43.将边界条件和路径约束g(x,u,t)s0在每个配点τi处离散化为：SS46.利用多学科耦合梯度计算方法提供非线性规划问题的目标函数梯度和约束条57.根据权利要求6所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在Uf分别为SS463.求解残差方程R关于组合向量Z的统一导数方程：SS464.根据输出变量集合f和输入设计变量集合x的相对大小，选择求解正向系统或ffxSS465.利用伴随方法计算目标函数J对设计变量x的导数，首先构造一个求解不依赖68.根据权利要求1所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在SS52.为所有配点处的状态变量X和控制变量U提供SS55.求解器根据提供的梯度信息和设定的参数，进行目标函数和约束条件的优化，9.根据权利要求1所述的基于伪谱法的飞行器任务剖面规划仿真分析方法，其特征在对关键参数进行扰动，分析其对最优解的影响以评估优化结果对参数变化的敏感性；7[0003]航迹优化问题实际上是一个非线性、带有状态约束和控[0004]随着航空技术的不断发展，仅仅优化飞行航迹已不足以满足日益增长的性能需8[0011]SS1.构建飞行器多学科数学[0013]SS3.采用伪谱法离散化任务剖面标函数J中的积分项离散化为配点处函数值的加权和，之后利用微分矩阵将动力学约束方[0015]SS5.选择适用于大规模稀疏非线9[0033]图10为自由巡航时基准构型与变弯度构型剖面的自由飞行升阻比变化曲线对比[0039]构建飞行器多学科数学分析模型，用以描述飞行器在不同飞行条件下的运动特动力学子模型可以为基于CFD模拟并结合数据采样构建的气动代理模型，用于描述飞行器在机翼变弯度控制策略下不同飞行条件的气动特性。例如可以采用多保真度Kriging代理弯度参数至少包括尾翼扭转角TwisttailH、第一副翼扭转角TwistAileron1、第二副翼扭转角[0053]基于步骤SS1构建的飞行器多学科数学分析模型，至少通过定义状态变量集合X、变弯度参数δ等参数，变弯度参数δ至少包括尾翼扭转角TwisttailH、第一副翼扭转角TwistAileron1、第二副翼扭转角TwistAileron2、第一襟翼扭转角TwistFlap1和第二襟翼扭转角[0060]SS33.在每个子区间内应用Radau伪谱法，选[0061]SS34.使用K_1阶Lagrange插值多项式近似每个子区间内的状态变量X和控制变[0063]将连续最优控制问题转化为非线性规划问题，首先采用Gauss求积公式将目标函算方法提供非线性规划问题的目标函数梯度和约[0065]SS41.采用Ga[0066]SS42.利用Radau伪谱法微分矩阵D将动力学约束方程组离[0067]SS43.将边界条件和路径约束g(x,u,t)s0在每个配点τi处离散化为：;[0074]SS46.利用多学科耦合梯度计算方法提供非线性规划问题的目标函数梯度和约变量的梯度、状态变量对设计变量的梯度和控制变量对设计变量的梯度;[0081]SS464.根据输出变量集合f和输入设计变[0085]SS465.实现伴随方法计算目标函数J对解基于经验或预计算生成以提高收敛速度和求解结[0108]本实施例在实施例1的基础上，进一步研究了本发明所提出的上述方法具体应用于某型宽体客机巡航段任务剖面的主要实施过程，通过优化航迹与机翼变弯度控制策略，[0116]图7至图10展示了基准构型和变弯度构型在自由巡航中的性能对比。进一步分析本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范