一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法。傳統的總體參數優化方法，往往需要總體設計專業、彈道設計專業經過多輪次的迭代才能得到，計算工作量大；多學科優化方法難于集成復雜模型，采用簡化模型則會使結果失真。本發明通過試驗設計，通過少數幾次總體與彈道運算，得出運載能力與總體參數設計變量的擬合關系式，進而獲取不同參數對運載能力的影響程度，既保證了計算結果的準確性，又提高了設計效率。同時本發明擬合得出的運載能力與火箭總體參數之間的解析關系式，既有利于總體參數的優化，也方便直觀得出總體參數對運載能力的影響程度，有助于設計者提出改善性能指標的途徑，進而更合理、有效地設置設計變量。
【專利說明】一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種運載火箭總體參數優化方法，尤其涉及一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，屬于運載火箭總體領域。
【背景技術】
[0002]運載火箭的研制可分為方案設計階段、初樣設計階段、試樣設計階段和定型階段。在方案設計階段，需要根據已確定的指標要求，通過對多種方案和技術途徑的論證、比較，篩選出總體和分系統方案。
[0003]運載火箭總體參數是總體方案的基礎，為了選擇出合適的、滿足各種約束條件、優化的總體參數，往往需要對多套總體參數進行對比分析。對比分析過程中，可用火箭運載能力作為一項衡量要素。在運載火箭起飛質量不變的情況，優化總體參數，可提高運載能力。
[0004]在當前運載火箭型號設計中常采用傳統的總體參數設計方法，首先由運載火箭總體設計專業估算出一輪總體參數，然后交由彈道專業進行運載能力復核，總體專業再根據復核結果調整總體參數，如此迭代多輪，最終得到滿足運載能力的總體參數，從而初步確定火箭的技術方案。該方法的缺點是總體、彈道分開單獨計算，需要經過數次輪回迭代，設計效率較低。
[0005]總體參數優化設計本質上屬于多學科聯合優化問題。為了提高優化效率，國內外普遍對多學科設計優化(MDO)方法展開了研究和應用，通過一體化優化平臺，自動實現目標的迭代優化，設計效率高。但這類方法對于計算模型過于復雜、設計變量過多的情況的集成難度較大；另一方面，若采用簡化模型進行集成，則優化計算具有一定失真，不能得到較準確的結果。
[0006]在總體參數優化中·，總體參數的計算模型比較簡單，但對某些構型而言彈道計算模型比較復雜、設計變量較多，尚不具備開展多學科集成優化的條件。
【發明內容】
[0007]本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，只需進行少量的樣本計算即可獲取不同參數對運載能力的影響程度，既保證了計算結果的準確性，又提高了設計效率，達到了快速完成總體參數優化的目的。
[0008]本發明的技術方案是:一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，包括如下步驟:
[0009](I)從運載火箭的容許設計人員在一定范圍內進行選擇、優化的總體參數中選擇出全部或部分參數作為試驗因子，各試驗因子記為X1、X2、…、Xm，其中m為試驗因子的個數；
[0010](2)確定試驗因子的取值范圍，并根據試驗因子的個數以及能夠用于開展試驗設計的時間，確定試驗因子的水平數q以及各試驗因子的各水平取值，試驗因子的各水平取值在取值范圍內均勻分布；[0011](3)根據試驗因子個數和試驗因子水平數，選取正交表Ln(Cf)，完成η次試驗設計，得到η次試驗設計下火箭的運載能力,其中P為試驗表的列數；
[0012](4)根據各試驗因子的水平取值和試驗得到的運載能力，采用公式y=f (Xl，X2,…，Xffl)對試驗設計的結果進行參數擬合，得到運載能力和各試驗因子的關系式，其中y表示運載能力；
[0013](5)依據運載能力和各試驗因子的關系式對各試驗因子求算偏導數，根據偏導數相對大小，確定各試驗因子對運載能力的影響；
[0014](6)在現有總體參數的基礎上，調整試驗因子的取值，完成總體參數優化。
[0015]所述步驟(3 )中Ln (qp)滿足
[0016]
【權利要求】
1.一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，其特征在于包括如下步驟: (1)從運載火箭的容許設計人員在一定范圍內進行選擇、優化的總體參數中選擇出全部或部分參數作為試驗因子，各試驗因子記為Xl、X2、…、Xm，其中m為試驗因子的個數； (2)確定試驗因子的取值范圍，并根據試驗因子的個數以及能夠用于開展試驗設計的時間，確定試驗因子的水平數q以及各試驗因子的各水平取值，試驗因子的各水平取值在取值范圍內均勻分布； (3)根據試驗因子個數和試驗因子水平數，選取正交表Ln(Cf)，完成η次試驗設計，得到η次試驗設計下火箭的運載能力，其中P為試驗表的列數； (4)根據各試驗因子的水平取值和試驗得到的運載能力，采用公式
2.根據權利要求1所述的一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，其特征在于:所述步驟(3)中Ln(Cf)滿足
3.根據權利要求1或2所述的一種基于試驗設計的運載火箭總體參數優化方法，其特征在于:所述步驟(4)中y=f(xi，x2，-,Xffl)為二次多項式，具體表達式為: 當試驗次數n>2w + C2 + I時，
【文檔編號】G06F17/50GK103593519SQ201310533499
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】吳勝寶, 彭小波, 張旭輝, 申麟, 胡冬生, 李文清, 高朝輝, 張普卓 申請人:中國運載火箭技術研究院