【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于固體火箭，具體涉及一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、在固體火箭發(fā)動機(jī)設(shè)計過程中，內(nèi)彈道性能是評價設(shè)計是否成功的核心指標(biāo)。在傳統(tǒng)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化過程中，往往需要經(jīng)歷建立藥柱模型、設(shè)置內(nèi)彈道參數(shù)計算內(nèi)彈道曲線、評估內(nèi)彈道曲線是否滿足要求、修改藥柱幾何參數(shù)再次進(jìn)行內(nèi)彈道計算等步驟。尤其是多次修改藥柱幾何參數(shù)并進(jìn)行內(nèi)彈道計算的操作需要人工操作完成，這一步驟不僅考驗設(shè)計人員對內(nèi)彈道計算理論知識的掌握程度，還需要反復(fù)修改藥柱幾何參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)，重復(fù)性操作多，需要耗費(fèi)大量時間成本和人工成本。因此，迫切需要開發(fā)一種能夠程序化運(yùn)行、減少人工重復(fù)性操作的固體火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)彈道曲線快速高效優(yōu)化方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，基于藥柱參數(shù)化建模和遺傳算法迭代尋優(yōu)，實現(xiàn)了固體火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)彈道曲線的快速、高效優(yōu)化。首先，基于三維模型設(shè)計軟件進(jìn)行藥柱建模，并將幾何特征參數(shù)化。然后修改模型幾何特征參數(shù)，調(diào)用參數(shù)化建模二次開發(fā)接口，驅(qū)動藥柱三維模型的自動更新和輸出。之后根據(jù)固體火箭發(fā)動機(jī)零維內(nèi)彈道原理，針對更新后的藥柱三維模型進(jìn)行零維內(nèi)彈道計算，得到內(nèi)彈道曲線pi-t。設(shè)定內(nèi)彈道優(yōu)化的目標(biāo)曲線為p0-t，評估pi-t與p0-t的相似度α，判斷兩條曲線的相似度α是否滿足內(nèi)彈道曲線優(yōu)化要求α＞α0。不滿足相似度要求時，通過遺傳算法對藥柱幾何特征參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)迭代，并通過參數(shù)化建模二
2、本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
3、步驟1：藥柱參數(shù)化建模；
4、基于三維模型設(shè)計軟件進(jìn)行藥柱建模，并將幾何特征參數(shù)化；
5、步驟2：修改藥柱幾何特征參數(shù)，調(diào)用參數(shù)化建模二次開發(fā)接口，驅(qū)動藥柱三維模型的自動更新和輸出；
6、步驟3：根據(jù)固體火箭發(fā)動機(jī)零維內(nèi)彈道原理，針對更新后的藥柱三維模型進(jìn)行零維內(nèi)彈道計算，得到內(nèi)彈道曲線pi-t；
7、步驟4：內(nèi)彈道曲線相似度評估；
8、設(shè)定內(nèi)彈道優(yōu)化的目標(biāo)曲線為p0-t，待評估內(nèi)彈道曲線為pi-t，評估pi-t與p0-t兩條曲線的相似度α是否滿足要求；
9、用損失函數(shù)的大小衡量兩條曲線pi-t與p0-t的相似度α，α越大曲線相似度越高，有：
10、
11、在內(nèi)彈道優(yōu)化過程中設(shè)置兩條曲線的相似度可接受下限為α0；判斷相似度α是否滿足內(nèi)彈道曲線優(yōu)化要求α＞α0：如果α≤α0不滿足相似度要求，通過步驟5進(jìn)行內(nèi)彈道迭代優(yōu)化；否則經(jīng)過步驟6輸出最終內(nèi)彈道曲線p-t以及自變量，完成內(nèi)彈道曲線優(yōu)化；
12、步驟5：遺傳算法迭代優(yōu)化；
13、當(dāng)計算所得內(nèi)彈道曲線pi-t與目標(biāo)內(nèi)彈道曲線p0-t的相似度α不滿足內(nèi)彈道曲線優(yōu)化要求α＞α0，即α≤α0時，采用遺傳算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，具體過程如下：
14、采用遺傳算法將內(nèi)彈道曲線優(yōu)化過程抽象為求解最優(yōu)解問題，自變量為藥柱幾何特征參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)，因變量為計算所得曲線pi-t與目標(biāo)曲線p0-t的相似度α，在自變量的許用范圍內(nèi)進(jìn)行迭代尋找最優(yōu)解；在優(yōu)化過程中，自變量在許用范圍內(nèi)重新取值，并返回步驟2中修改藥柱幾何特征參數(shù)驅(qū)動藥柱模型更新，之后經(jīng)過步驟3使用最新的藥柱幾何特征參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)計算并輸出內(nèi)彈道曲線pi+1-t，再通過步驟4進(jìn)行內(nèi)彈道曲線相似性評估；如果未滿足內(nèi)彈道曲線優(yōu)化要求，則再次重復(fù)步驟5進(jìn)行遺傳算法迭代優(yōu)化；
15、步驟6：經(jīng)過步驟5的多輪迭代優(yōu)化后，計算所得p-t曲線與目標(biāo)曲線p0-t的相似度α滿足內(nèi)彈道曲線優(yōu)化要求α＞α0，則輸出最終內(nèi)彈道曲線p-t以及最終的自變量：藥柱幾何特征參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)，完成內(nèi)彈道曲線優(yōu)化。
16、優(yōu)選地，所述藥柱為同心雙燃速管形裝藥，待優(yōu)化的藥柱幾何特征參數(shù)包括：內(nèi)徑d1、燃速分界面直徑d2、外徑d、藥柱長度lp；
17、優(yōu)選地，所述內(nèi)彈道優(yōu)化的參數(shù)包括：噴管喉徑dt、速燃藥燃速緩燃藥燃速
18、優(yōu)選地，所述內(nèi)彈道曲線pi-t與目標(biāo)曲線p0-t在相同時間點對應(yīng)壓強(qiáng)的殘差平方和越小，相似度α越高；兩條曲線的工作時間之差越小，相似度α越高。
19、本專利技術(shù)的有益效果如下：
20、傳統(tǒng)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化過程中，需要經(jīng)歷多次修改藥柱幾何參數(shù)并進(jìn)行內(nèi)彈道計算的過程，這一步驟不僅考驗設(shè)計人員對內(nèi)彈道計算理論知識的掌握程度，還需要反復(fù)修改藥柱模型幾何參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)，重復(fù)性操作多，消耗大量時間。本專利技術(shù)提出的參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，通過參數(shù)化建模和遺傳算法尋優(yōu)的方式有效減少內(nèi)彈道曲線優(yōu)化過程中的人工成本和時間成本。參數(shù)化建模的優(yōu)勢是在修改藥柱幾何參數(shù)后，調(diào)用參數(shù)化建模二次開發(fā)接口實現(xiàn)藥柱模型的自動更新和輸出，這一步驟完全由程序驅(qū)動，不需要打開三維模型設(shè)計軟件的gui界面，也不需要從零開始重新建模，可以節(jié)省大量時間。遺傳算法是將內(nèi)彈道曲線優(yōu)化過程抽象為求解最優(yōu)解問題，自變量為藥柱幾何特征參數(shù)和內(nèi)彈道參數(shù)，因變量為計算所得曲線pi-t與目標(biāo)曲線p0-t的相似度α，在自變量的許用范圍內(nèi)采用遺傳算法進(jìn)行迭代尋找最優(yōu)解。本專利技術(shù)提出的參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，核心是將參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)有機(jī)結(jié)合起來，有效減少傳統(tǒng)內(nèi)彈道曲線優(yōu)化過程中的大量重復(fù)性操作，節(jié)約時間成本和人力成本，可以更加快速、高效的實現(xiàn)固體火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)彈道曲線的優(yōu)化，能夠廣泛應(yīng)用于管形、星形和翼柱形等藥型的零維內(nèi)彈道曲線優(yōu)化。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述藥柱為同心雙燃速管形裝藥，待優(yōu)化的藥柱幾何特征參數(shù)包括：內(nèi)徑d1、燃速分界面直徑d2、外徑D、藥柱長度Lp。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述內(nèi)彈道優(yōu)化的參數(shù)包括：噴管喉徑dt、速燃藥燃速緩燃藥燃速
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述內(nèi)彈道曲線Pi-t與目標(biāo)曲線P0-t在相同時間點對應(yīng)壓強(qiáng)的殘差平方和越小，相似度α越高；兩條曲線的工作時間之差越小，相似度α越高。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化建模與遺傳算法尋優(yōu)的內(nèi)彈道曲線優(yōu)化方法，其特征在于，所述藥柱為同心雙燃速管形裝藥，待優(yōu)化的藥柱幾何特征參數(shù)包括：內(nèi)徑d1、燃速分界面直徑d2、外徑d、藥柱長度lp。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化建模...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：溫錦航，鄧恒，黨進(jìn)鋒，李志浩，井立峰，劉宇濤，張時空，劉歡，葉一帆，
申請(專利權(quán))人：西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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