一种探空火箭气动外形优化目标函数的确定方法

摘要

为克服探空火箭气动外形设计优化过程现有目标函数确定方法在优化效率与优化结果性能上的不足，本发明提供一种探空火箭气动外形优化目标函数的确定方法。本发明以气动阻力沿弹道所致动量损失最小为出发点，提出了包含以下步骤的探空火箭气动外形优化目标函数确定方法：(1)给出火箭上升段初始弹道数据；(2)初始弹道数据预处理，确定弹道特征点；(3)计算各特征点加权系数；(4)以弹道特征点加权阻力系数最小作为探空火箭气动外形优化目标函数。本发明显著提高了探空火箭气动外形优化的效率、改善了优化结果的性能，适用于各类探空火箭、各个设计阶段的外形设计，且可推广应用于其它飞行器气动外形优化的目标函数确定问题。

主权项

一种探空火箭气动外形优化目标函数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：给出火箭上升段初始弹道数据，火箭上升段初始弹道数据包括时间、高度、马赫数、攻角、动压参数；第二步：火箭上升段初始弹道数据预处理，剔除弹道飞行后期动压较小的弹道数据，确定弹道特征点；探空火箭的弹道动压q在火箭上升段[0,t_s]后期弹道动压数值相对较小，动压数值较小的飞行段火箭动量损失也较小，在确定探空火箭气动外形优化目标函数过程中可不予考虑；设时刻t_c满足下式：${\int }_0^{t_c}qdt/{\int }_0^{t_s}qdt=C---\left(1\right)$式中，C取0.99～0.999间的常数；时刻t_c后的弹道动压数值相对较小，对应火箭动量损失也较小，因此在确定探空火箭气动外形优化目标函数时仅考虑[0,t_c]时段弹道数据；将该时段等分为份，得分段时刻t₀，t₁，t₂…，t_n‑2，t_n‑1，t_n，时刻(t_i‑1+t_i)/2对应的弹道[0,t_c]点即为弹道特n征点，其中_i为1,2,3…,n；第三步：由步骤二得到的[0,t_c]时段弹道时间、动压参数计算各弹道特征点加权系数w_i；各弹道特征点加权系数根据下式计算：$w_i={\int }_{t_{i-1}}^{t_i}qdt/{\int }_0^{t_c}qdt---\left(2\right)$式中，${\Sigma }_{i=1}^n{w}_i=1;$步骤四：取C_xi为步骤三中各弹道特征点的火箭阻力系数，得目标函数为$\min f\left(X\right)={\Sigma }_{i=1}^n{w}_i{C}_{xi}.$