一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)，它包括系統(tǒng)分析模塊、優(yōu)化模型模塊和尋優(yōu)求解模塊三個模塊；三個模塊在運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化過程中按順序執(zhí)行，即先執(zhí)行系統(tǒng)分析模型模塊，然后執(zhí)行優(yōu)化模型模塊，最后執(zhí)行尋優(yōu)求解模塊；一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法，它有三大步驟：步驟一：建立運(yùn)載火箭系統(tǒng)分析模型；步驟二：建立運(yùn)載火箭多學(xué)科優(yōu)化模型；步驟三：尋優(yōu)求解。本發(fā)明充分利用各學(xué)科的相互作用而產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得運(yùn)載火箭系統(tǒng)整體最優(yōu)解，縮短設(shè)計周期，節(jié)約成本。
【專利說明】一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法與系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法與系統(tǒng)，它可以快速、有效地實現(xiàn)運(yùn)載火箭總體設(shè)計，屬于航空航天【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】[0002]一個國家進(jìn)入空間的能力在很大程度上決定了其空間活動的能力，以及空間應(yīng)用開發(fā)的水平，世界主要航天大國都以進(jìn)入空間能力來衡量其空間技術(shù)水平，運(yùn)載火箭是目前世界上進(jìn)入空間的主要運(yùn)載工具，運(yùn)載火箭的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平支撐了進(jìn)入空間的能力。
[0003]運(yùn)載火箭是一個涉及到多個學(xué)科的復(fù)雜工程系統(tǒng)，如幾何主模型、動力、氣動、空間飛行力學(xué)、傳熱/熱防護(hù)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、控制、載荷、彈道等，各學(xué)科相互耦合和影響。傳統(tǒng)的運(yùn)載火箭總體設(shè)計中，各個分系統(tǒng)專業(yè)首先提出本系統(tǒng)的最優(yōu)解，然后再由總體部門綜合論證。由于專業(yè)限制，設(shè)計人員得到的本系統(tǒng)最優(yōu)解往往對各分系統(tǒng)之間的相互影響考慮欠妥，這樣得到的只是局部最優(yōu)，非全局最優(yōu)，最終要靠總體部門經(jīng)過多輪驗證計算才能綜合平衡各個分系統(tǒng)的局部最優(yōu)解，得到全局最優(yōu)解。這期間，要依靠設(shè)計報告和數(shù)據(jù)文件方式進(jìn)行協(xié)調(diào)，在參數(shù)約定、數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換和傳遞過程中耗費(fèi)了大量的時間，而且這種手工活動也容易出錯，嚴(yán)重制約了設(shè)計效率。所以，需要應(yīng)用多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法(Multidisciplinary Design Optimization, MD0)來進(jìn)行運(yùn)載火箭總體設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1、目的
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法與系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)運(yùn)載火箭設(shè)計方法的設(shè)計效率低、周期長、易出錯、得不到全局最優(yōu)解等缺點(diǎn)；
[0006]2、技術(shù)方案
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0008](I) 一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法，它包括以下幾個步驟:
[0009]步驟一:建立運(yùn)載火箭系統(tǒng)分析模型
[0010]所述運(yùn)載火箭系統(tǒng)分析模型由三個學(xué)科分析模型組成，分別為總體學(xué)科分析模型、氣動學(xué)科分析模型和彈道學(xué)科分析模型，各個學(xué)科分析模型之間通過耦合變量聯(lián)系在一起。
[0011]該總體學(xué)科分析模型是一組數(shù)學(xué)公式的集合或一段軟件程序。
[0012]總體學(xué)科分析模型:
【權(quán)利要求】
1.一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化方法，其特征在于:它包括以下幾個步驟: 步驟一:建立運(yùn)載火箭系統(tǒng)分析模型 所述運(yùn)載火箭系統(tǒng)分析模型由三個學(xué)科分析模型組成，分別為總體學(xué)科分析模型、氣動學(xué)科分析模型和彈道學(xué)科分析模型，各個學(xué)科分析模型之間通過耦合變量聯(lián)系在一起；該總體學(xué)科分析模型是一組數(shù)學(xué)公式的集合或一段軟件程序； 總體學(xué)科分析模型:
2.一種運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:它包括系統(tǒng)分析模塊、優(yōu)化模型模塊和尋優(yōu)求解模塊三個模塊；三個模塊在運(yùn)載火箭多學(xué)科綜合設(shè)計優(yōu)化過程中按順序執(zhí)行，即先執(zhí)行系統(tǒng)分析模型模塊，然后執(zhí)行優(yōu)化模型模塊，最后執(zhí)行尋優(yōu)求解模塊；所述系統(tǒng)分析模塊由復(fù)數(shù)個學(xué)科分析子模塊組成，各個學(xué)科分析子模塊之間通過耦合變量聯(lián)系在一起，該學(xué)科分析子模塊是一組數(shù)學(xué)公式的集合或一段軟件程序； 所述優(yōu)化模型模塊由優(yōu)化目標(biāo)子模塊、優(yōu)化變量子模塊、約束條件子模塊三個子模塊組成，各子模塊之間是并列關(guān)系；該優(yōu)化目標(biāo)子模塊是表征運(yùn)載火箭運(yùn)載能力的一個因變量，如在起飛質(zhì)量預(yù)定的條件下有效載荷質(zhì)量最大，或在有效載荷質(zhì)量預(yù)定的條件下起飛質(zhì)量最小，它根據(jù)具體設(shè)計要求進(jìn)行選擇；該優(yōu)化變量子模塊包括設(shè)計變量和耦合變量兩部分，兩者之間是并列關(guān)系；該設(shè)計變量是在設(shè)計過程中各個學(xué)科之內(nèi)獨(dú)立的自變量，該耦合變量是在設(shè)計過程中各個學(xué)科之間傳遞的因變量；該約束條件子模塊是在設(shè)計過程中必須要滿足的條件，是一組不等式和等式的集合； 所述尋優(yōu)求解模塊由復(fù)數(shù)個尋優(yōu)算法組成，所述尋優(yōu)算法為基于梯度的尋優(yōu)算法和智能算法。
【文檔編號】G06F17/50GK103955557SQ201410125568
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王曉慧, 李人杰 申請人:北京航空航天大學(xué)