CN107817816B - 一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,该方法通过改变飞行器的飞行攻角,改善飞行器各关键部位表面的热环境,使飞行器各关键部位表面的热环境处于最优状态,即热环境中的热流最小,属于飞行器的飞行控制技术领域。本发明的方法给出一种热环境最优的智能飞行攻角剖面确定方法,以热环境最优为目标,求解某飞行状态下的飞行攻角,为防隔热系统减轻压力,实现适应复杂飞行环境的智能飞行控。
Description
技术领域
本发明涉及一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,该方法通过改变飞行器的飞行攻角,改善飞行器各关键部位表面的热环境,使飞行器各关键部位表面的热环境处于最优状态,即热环境中的热流最小,属于飞行器的飞行控制技术领域。
背景技术
某飞行器高速飞行时热环境恶劣,存在飞行器表面烧穿进而使飞行任务失败的风险,现有技术中一般采用防隔热性能更好的防隔热材料施加到飞行器的各关键部位的表面;存在的不足之处是成本高,且在长时间飞行过程中仍然会存在防隔热材料被烧穿的风险。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提出一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法。
本发明的技术解决方案是:
一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,该方法的步骤包括:
步骤1:对飞行任务剖面进行划分,得到高度和马赫数的组合;
步骤2:对试验数据进行收集整理;
步骤3:按飞行任务剖面进行数据拟合;
步骤4:利用步骤3得到的拟合公式构建知识库,作为求解热环境最优的飞行攻角的依据;
步骤5:根据步骤4中构建的知识库,求解热流最小状态对应的攻角。
所述的步骤1中对飞行任务剖面进行划分的具体方法为:按高度和马赫数组合对飞行任务剖面进行划分,对飞行任务剖面进行划分时从初始状态开始高度每隔10km取一次值,马赫数每隔1取一次值。
对飞行任务剖面进行划分,得到高度和马赫数的组合为:10km_Ma1、20km_Ma2、20km_Ma3、30km_Ma3、40km_Ma4、40km_Ma5。
所述的步骤2中,对试验数据进行收集整理包括收集该飞行器历次飞行试验数据和地面试验数据,收集该飞行器历次飞行试验数据和地面试验数据时是指收集飞行器关键部位的热流、高度、马赫数和攻角信息。
所述的飞行器关键部位是指飞行器的端头驻点、水平翼前缘和迎风翼面。
所述的步骤3中,按飞行任务剖面进行数据拟合的方法为:按照步骤1得到的高度和马赫数的组合,对高度、马赫数、攻角与关键部位热流的对应关系进行分类拟合,得到不同高度和马赫数组合下的高度、马赫数、攻角与关键部位热流的拟合公式。
飞行器在高度H1_马赫数Ma1状态下利用飞行试验数据进行拟合,飞行器水平翼前缘热流的拟合结果如式(1)所示;其中,H为高度、Ma为马赫数,α为攻角,qs为水平翼前缘热流,C1C2C3C4C5C6为常值系数;
所述的步骤5中,求解热流最小状态对应的攻角的方法为:根据飞行器当前的高度和马赫数信息,从知识库提取高度和马赫数信息最接近状态的热流与攻角的关系式,在飞行器可用攻角范围内,通过在可用攻角范围内遍历的方式求解热流最小状态对应的飞行攻角。
飞行器高度H1和马赫数Ma1状态下不同攻角时水平翼前缘热流最小的飞行攻角为10°,选取10°攻角附近使水平翼前缘热流较低。
求解热流最小状态对应的飞行攻角的方法为:首先求出端头驻点热流qd最小时对应攻角为9°,选取9°攻角附近使端头驻点热流较低;迎风翼面热流qy最小时对应攻角为10°,选取10°攻角附近使迎风翼面热流较低;然后根据不同关键部位热流的权重对得出综合总热流qz最优的攻角值:α为攻角;
qz(α)=qs(α)+2*qd(α)+5*qy(α) (2)
此时飞行器综合总热流最小的攻角为10°,即求出高度H1和马赫数Ma1状态下热环境最优的飞行攻角为10°,将其反馈至飞行控制系统,进行智能决策控制。
有益效果
(1)本发明的方法给出一种热环境最优的智能飞行攻角剖面确定方法,以热环境最优为目标,求解某飞行状态下的飞行攻角,为防隔热系统减轻压力,实现适应复杂飞行环境的智能飞行控;
(2)本发明利用某飞行器有限的飞行试验数据或地面试验数据,拟合出不同高度和马赫数下部分关键部位热流与攻角的关系式。
(3)本发明充分利用拟合出的不同高度和马赫数下热流与攻角的关系式构建飞行器知识库,作为求解热环境最优的飞行攻角的依据。
(4)本发明根据飞行器当前的高度和马赫数信息,从知识库提取热流与攻角的关系式,在飞行器可用攻角范围内,通过遍历的方式求解热流最小状态对应的飞行攻角,从而为防隔热系统减轻压力,实现适应复杂飞行环境的智能飞行控制。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图;
图2为飞行器高度H1和马赫数Ma1状态下不同攻角时水平翼前缘热流预示结果。
具体实施方式
一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,该方法的步骤包括:
步骤1:对飞行任务剖面进行划分,得到高度和马赫数的组合;
具体方法为:按高度和马赫数组合对飞行任务剖面进行划分,飞行过程中高度和马赫数都是连续变化,划分的目的是对飞行过程中的高度和马赫数进行离散化;划分原则是从初时状态开始高度每隔10km取一次值,马赫数每隔1取一次值;例如飞行器按高度和马赫数(Ma)进行飞行任务剖面划分结果为:10km_Ma1、20km_Ma2、20km_Ma3、30km_Ma3、40km_Ma4、40km_Ma5等;
步骤2:对试验数据进行收集整理;
收集该飞行器历次飞行试验数据和地面试验数据,主要收集关键部位的热流、高度、马赫数、攻角信息;对于某飞行器关键部位主要是端头驻点、水平翼前缘、迎风翼面等;
步骤3:按飞行任务剖面进行数据拟合;
按照步骤1得到的高度和马赫数的组合,对高度、马赫数、攻角与关键部位热流的对应关系进行分类拟合,得到不同高度和马赫数组合下的高度、马赫数、攻角与关键部位热流的拟合公式;如果收集整理的数据有限,可以适当放宽高度和马赫数的选取范围,例如每隔20km高度取一次值,每隔2马赫取一次值;如果数据不能涵盖每隔20km高度取值,每隔2马赫取值,考虑增加飞行试验或地面试验;
某飞行器在高度H1_马赫数Ma1状态下利用飞行试验数据进行拟合,本发明采用Origin软件进行拟合,飞行器水平翼前缘热流的拟合结果如式(1)所示。其中,H为高度、Ma为马赫数,α为攻角,qs为水平翼前缘热流,C1C2C3C4C5C6为常值系数。
同理,可以得到各高度和马赫数组合下的各关键部位的热流与攻角的对应关系公式;
步骤4:利用步骤3得到的拟合公式构建知识库,作为求解热环境最优的飞行攻角的依据;
步骤5:根据步骤4中构建的知识库,求解热流最小状态对应的攻角。
根据飞行器当前的高度和马赫数信息,从知识库提取高度和马赫数信息最接近状态的热流与攻角的关系式,在飞行器可用攻角范围内(例如某飞行器在高度H1和马赫数Ma1状态下可用攻角范围是5°~15°,不同高度和马赫数条件下的可用攻角范围可以装订到飞行控制计算机中,用插值方法求得),通过在可用攻角范围内遍历的方式求解热流最小状态对应的飞行攻角。例如某飞行器高度H1和马赫数Ma1状态下不同攻角时水平翼前缘热流预示结果如图2所示,此时水平翼前缘热流最小的飞行攻角为10°,可选取10°攻角附近使水平翼前缘热流较低。
同理,可以求出端头驻点热流qd最小时对应攻角为9°,可选取9°攻角附近使端头驻点热流较低;也可以求出迎风翼面热流qy最小时对应攻角为10°,可选取10°攻角附近使迎风翼面热流较低。
然后根据不同关键部位热流的权重对得出综合总热流qz(见公式2)最优的攻角值。
qz(α)=qs(α)+2*qd(α)+5*qy(α) (2)
此时某飞行器综合总热流最小的攻角为10°,即求出高度H1和马赫数Ma1状态下热环境最优的飞行攻角为10°,将其反馈至飞行控制系统,进行智能决策控制。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,该方法的步骤包括:
步骤1:对任务剖面进行划分。
按高度和马赫数组合对任务剖面进行划分,飞行过程中高度和马赫数都是连续变化,划分的目的是对飞行过程中的高度和马赫数进行离散化。划分原则是从初时状态开始高度每隔10km取一次值,马赫数每隔1取一次值。某飞行器按高度和马赫数(Ma)进行任务剖面划分结果为:10km_Ma1、20km_Ma2、20km_Ma3、30km_Ma3、40km_Ma4、40km_Ma5等。
步骤2:对试验数据进行收集整理。
收集该飞行器历次飞行试验数据和地面试验数据,主要收集关键部位的热流、高度、马赫数、攻角信息。对于某飞行器关键部位主要是端头驻点、水平翼前缘、迎风翼面等。
步骤3:按任务剖面进行数据拟合。
按照任务剖面划分的高度和马赫数组合,对高度、马赫数、攻角与关键部位热流的对应关系进行分类拟合。如果收集整理的数据有限,可以适当放宽高度和马赫数的选取范围,例如每隔20km高度取一次值,每隔2马赫取一次值。如果数据不能涵盖每隔20km高度取值,每隔2马赫取值,考虑增加飞行试验或地面试验。
某飞行器在高度H1_马赫数Ma1状态下利用飞行试验数据进行拟合,本发明采用Origin软件进行拟合,飞行器水平翼前缘热流的拟合结果如式(1)所示。其中,H为高度、Ma为马赫数,α为攻角,qs为水平翼前缘热流,C1C2C3C4C5C6为常值系数。
同理,可以得到各高度和马赫数组合下的各关键部位的热流与攻角的对应关系公式。
步骤4:利用拟合的公式构建知识库。
利用各高度和马赫数组合下的各关键部位的热流与攻角的对应关系拟合的结果构成飞行器知识库,作为求解热环境最优的飞行攻角的依据。
步骤5:求解热流最小状态对应的攻角。
根据飞行器当前的高度和马赫数信息,从知识库提取高度和马赫数信息最接近状态的热流与攻角的关系式,在飞行器可用攻角范围内(例如某飞行器在高度H1和马赫数Ma1状态下可用攻角范围是5°~15°,不同高度和马赫数条件下的可用攻角范围可以装订到飞行控制计算机中,用插值方法求得),通过在可用攻角范围内遍历的方式求解热流最小状态对应的飞行攻角。例如某飞行器高度H1和马赫数Ma1状态下不同攻角时水平翼前缘热流预示结果如图2所示,此时水平翼前缘热流最小的飞行攻角为10°,可选取10°攻角附近使水平翼前缘热流较低。
同理,可以求出端头驻点热流qd最小时对应攻角为9°,可选取9°攻角附近使端头驻点热流较低;也可以求出迎风翼面热流qy最小时对应攻角为10°,可选取10°攻角附近使迎风翼面热流较低。
然后根据不同关键部位热流的权重对得出综合总热流qz(见公式2)最优的攻角值。
qz(α)=qs(α)+2*qd(α)+5*qy(α) (2)
此时某飞行器综合总热流最小的攻角为10°,即求出高度H1和马赫数Ma1状态下热环境最优的飞行攻角为10°,将其反馈至飞行控制系统,进行智能决策控制。
Claims (3)
1.一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,其特征在于该方法的步骤包括:
步骤1:对飞行任务剖面进行划分,得到高度和马赫数的组合;
步骤2:对试验数据进行收集整理;
步骤3:按飞行任务剖面进行数据拟合;
步骤4:利用步骤3得到的拟合公式构建知识库,作为求解热环境最优的飞行攻角的依据;
步骤5:根据步骤4中构建的知识库,求解热流最小状态对应的攻角;
所述的步骤2中,对试验数据进行收集整理包括收集该飞行器历次飞行试验数据和地面试验数据,收集该飞行器历次飞行试验数据和地面试验数据时是指收集飞行器关键部位的热流、高度、马赫数和攻角信息;
所述的飞行器关键部位是指飞行器的端头驻点、水平翼前缘和迎风翼面;
所述的步骤3中,按飞行任务剖面进行数据拟合的方法为:按照步骤1得到的高度和马赫数的组合,对高度、马赫数、攻角与关键部位热流的对应关系进行分类拟合,得到不同高度和马赫数组合下的高度、马赫数、攻角与关键部位热流的拟合公式;
飞行器在高度H1_马赫数Ma1状态下利用飞行试验数据进行拟合,飞行器水平翼前缘热流的拟合结果如式(1)所示;其中,H为高度、Ma为马赫数,α为攻角,qs为水平翼前缘热流,C1、C2、C3、C4、C5、C6为常值系数;
所述的步骤5中,求解热流最小状态对应的攻角的方法为:根据飞行器当前的高度和马赫数信息,从知识库提取高度和马赫数信息最接近状态的热流与攻角的关系式,在飞行器可用攻角范围内,通过在可用攻角范围内遍历的方式求解热流最小状态对应的飞行攻角;
飞行器中水平翼前缘关键部位,热流最小时对应的攻角的获取方法为:飞行器高度H1和马赫数Ma1状态下不同攻角时水平翼前缘热流最小的飞行攻角为10°,选取10°攻角附近使水平翼前缘热流较低,飞行器的端头驻点和迎风翼面关键部位,热流最小时对应的攻角的获取方法与飞行器中水平翼前缘关键部位,热流最小时对应的攻角的获取方法相同;
求解出飞行器的端头驻点、水平翼前缘和迎风翼面关键部位热流最小时对应的攻角后,求解飞行器热流最小状态对应的飞行攻角的方法为:首先求出端头驻点热流qd最小时对应攻角为9°,选取9°攻角附近使端头驻点热流较低;水平翼前缘热流qs最小时对应的飞行攻角为10°,选取10°攻角附近使水平翼前缘热流较低,迎风翼面热流qy最小时对应攻角为10°,选取10°攻角附近使迎风翼面热流较低;然后根据不同关键部位热流的权重得出综合总热流qz最优的攻角值:α为攻角;
qz(α)=qs(α)+2*qd(α)+5*qy(α) (2)
此时飞行器综合总热流最小的攻角为10°,即求出高度H1和马赫数Ma1状态下热环境最优的飞行攻角为10°,将其反馈至飞行控制系统,进行智能决策控制。
2.根据权利要求1所述的一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,其特征在于:所述的步骤1中对飞行任务剖面进行划分的具体方法为:按高度和马赫数组合对飞行任务剖面进行划分,对飞行任务剖面进行划分时从初始状态开始高度每隔10km取一次值,马赫数每隔1取一次值。
3.根据权利要求2所述的一种使热环境最优的飞行器飞行攻角的确定方法,其特征在于:对飞行任务剖面进行划分,得到高度和马赫数的组合为:10km_Ma1、20km_Ma2、20km_Ma3、30km_Ma3、40km_Ma4、40km_Ma5。
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