高速飞行器气动控制耦合优化设计方法研究

摘要

针对传统串行设计过程由于空气动力学和控制系统数学模型复杂、无法综合考虑气动和控制的多目标优化的问题，提出了一种面向高速飞行器气动控制耦合优化设计方法。基于气动单学科代理优化(SBO)算法，将飞行器主动控制技术(ACT)的思想与多学科优化方法(MDO)相结合，构建了高速飞行器气动控制耦合多目标优化流程架构。在2马赫来流条件下，对带有控制舵的双锥体外形开展了气动耦合优化设计研究，以提升飞行器的气动性能和控制能力为优化目标。结果表明：经过气动控制耦合优化后的最优模型在超声速环境下，升力系数和升阻比分别提升了0.401%、2.999%,同时超调量与控制增益分别降低了2.769%、0.655%,气动性能和控制能力得到提升，验证了耦合策略的可行性；气动控制耦合优化的最优模型不仅使飞行器在超声速工作环境下性能更卓越，还有助于降低后续控制系统的设计难度，提高飞行器设计效率。所提气动控制耦合优化设计方法为高速飞行器的先进设计提供了必要的技术支撑。

关键词

高速飞行器 / 气动控制耦合 / 多学科优化 / 外形设计

基金资助

国家自然科学基金资助项目(92371201,52192633); 陕西省杰出青年科学基金资助项目(2022JC-03)