面向弹道性能提升需求的高性能机动飞行器多学科优化设计

摘要

针对高性能机动飞行器在气动、弹道、制导与控制等多学科间耦合紧密、迭代频繁、流程复杂的问题，提出了一种基于高精度代理模型与改进智能算法的系统级多学科协同优化设计方法。首先，利用正交试验设计与CFD数值模拟获取高保真样本数据，构建了基于Kriging方法的气动拟合系数代理模型，实现了由几何外形参数到气动特性的高精度快速映射，有效解决了多学科迭代中气动解算耗时长的难题。在此基础上，统筹考虑制导精度及姿态稳定性需求，建立了涵盖气动外形、制导律参数及控制增益的系统级多目标优化模型。针对传统优化算法易陷入局部最优的问题，引入浓度调节机制、平衡算子与遗传进化算子改进了粒子群算法。全系统仿真结果表明，该方法有效解决了学科间的强耦合难题，优化后的飞行器平均气动阻力系数降低约8%，静稳定裕度提升至5.41%，控制系统相位裕度达65.23°，对高超声速机动目标的终端制导精度由1.40 m收敛至0.49 m，显著提升了飞行器的弹道综合性能。

关键词

多学科优化 / 改进粒子群算法 / 气动外形优化 / 制导控制一体化

基金资助

JCKY202204B001