一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法。传统的总体参数优化方法，往往需要总体设计专业、弹道设计专业经过多轮次的迭代才能得到，计算工作量大；多学科优化方法难于集成复杂模型，采用简化模型则会使结果失真。本发明通过试验设计，通过少数几次总体与弹道运算，得出运载能力与总体参数设计变量的拟合关系式，进而获取不同参数对运载能力的影响程度，既保证了计算结果的准确性，又提高了设计效率。同时本发明拟合得出的运载能力与火箭总体参数之间的解析关系式，既有利于总体参数的优化，也方便直观得出总体参数对运载能力的影响程度，有助于设计者提出改善性能指标的途径，进而更合理、有效地设置设计变量。
【专利说明】一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种运载火箭总体参数优化方法，尤其涉及一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，属于运载火箭总体领域。
【背景技术】
[0002]运载火箭的研制可分为方案设计阶段、初样设计阶段、试样设计阶段和定型阶段。在方案设计阶段，需要根据已确定的指标要求，通过对多种方案和技术途径的论证、比较，筛选出总体和分系统方案。
[0003]运载火箭总体参数是总体方案的基础，为了选择出合适的、满足各种约束条件、优化的总体参数，往往需要对多套总体参数进行对比分析。对比分析过程中，可用火箭运载能力作为一项衡量要素。在运载火箭起飞质量不变的情况，优化总体参数，可提高运载能力。
[0004]在当前运载火箭型号设计中常采用传统的总体参数设计方法，首先由运载火箭总体设计专业估算出一轮总体参数，然后交由弹道专业进行运载能力复核，总体专业再根据复核结果调整总体参数，如此迭代多轮，最终得到满足运载能力的总体参数，从而初步确定火箭的技术方案。该方法的缺点是总体、弹道分开单独计算，需要经过数次轮回迭代，设计效率较低。
[0005]总体参数优化设计本质上属于多学科联合优化问题。为了提高优化效率，国内外普遍对多学科设计优化(MDO)方法展开了研究和应用，通过一体化优化平台，自动实现目标的迭代优化，设计效率高。但这类方法对于计算模型过于复杂、设计变量过多的情况的集成难度较大；另一方面，若采用简化模型进行集成，则优化计算具有一定失真，不能得到较准确的结果。
[0006]在总体参数优化中·，总体参数的计算模型比较简单，但对某些构型而言弹道计算模型比较复杂、设计变量较多，尚不具备开展多学科集成优化的条件。
【发明内容】
[0007]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，只需进行少量的样本计算即可获取不同参数对运载能力的影响程度，既保证了计算结果的准确性，又提高了设计效率，达到了快速完成总体参数优化的目的。
[0008]本发明的技术方案是:一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，包括如下步骤:
[0009](I)从运载火箭的容许设计人员在一定范围内进行选择、优化的总体参数中选择出全部或部分参数作为试验因子，各试验因子记为X1、X2、…、Xm，其中m为试验因子的个数；
[0010](2)确定试验因子的取值范围，并根据试验因子的个数以及能够用于开展试验设计的时间，确定试验因子的水平数q以及各试验因子的各水平取值，试验因子的各水平取值在取值范围内均匀分布；[0011](3)根据试验因子个数和试验因子水平数，选取正交表Ln(Cf)，完成η次试验设计，得到η次试验设计下火箭的运载能力,其中P为试验表的列数；
[0012](4)根据各试验因子的水平取值和试验得到的运载能力，采用公式y=f (Xl，X2,…，Xffl)对试验设计的结果进行参数拟合，得到运载能力和各试验因子的关系式，其中y表示运载能力；
[0013](5)依据运载能力和各试验因子的关系式对各试验因子求算偏导数，根据偏导数相对大小，确定各试验因子对运载能力的影响；
[0014](6)在现有总体参数的基础上，调整试验因子的取值，完成总体参数优化。
[0015]所述步骤(3 )中Ln (qp)满足
[0016]
【权利要求】
1.一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，其特征在于包括如下步骤: (1)从运载火箭的容许设计人员在一定范围内进行选择、优化的总体参数中选择出全部或部分参数作为试验因子，各试验因子记为Xl、X2、…、Xm，其中m为试验因子的个数； (2)确定试验因子的取值范围，并根据试验因子的个数以及能够用于开展试验设计的时间，确定试验因子的水平数q以及各试验因子的各水平取值，试验因子的各水平取值在取值范围内均匀分布； (3)根据试验因子个数和试验因子水平数，选取正交表Ln(Cf)，完成η次试验设计，得到η次试验设计下火箭的运载能力，其中P为试验表的列数； (4)根据各试验因子的水平取值和试验得到的运载能力，采用公式
2.根据权利要求1所述的一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，其特征在于:所述步骤(3)中Ln(Cf)满足
3.根据权利要求1或2所述的一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，其特征在于:所述步骤(4)中y=f(xi，x2，-,Xffl)为二次多项式，具体表达式为: 当试验次数n>2w + C2 + I时，
【文档编号】G06F17/50GK103593519SQ201310533499
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】吴胜宝, 彭小波, 张旭辉, 申麟, 胡冬生, 李文清, 高朝辉, 张普卓 申请人:中国运载火箭技术研究院