CN110909950A - 一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请属于飞机燃油技术领域，特别涉及一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法及装置。方法包括：步骤一：获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；步骤二：根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。本申请的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，能够快速准确的得到飞机最优的飞行高度和速度集合，可以充分发挥该飞行器的飞行性能，达到非常良好的飞行效果，圆满完成飞行任务。

Description

一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法及装置
技术领域
本申请属于飞机燃油技术领域，特别涉及一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法及装置。
背景技术
飞行器的燃油最优轨迹设计一直受到普遍的关注，飞行器飞行节油轨迹的优化，即对飞行器飞行状态的优化，就是飞行器在一定的飞行条件下，如何选取其最优的飞行状态，使其中某项性能指标达到最优。优化飞行航路不仅仅可以节省飞行器的飞行成本，而且能使某项性能的指标更优，在同等飞行成本条件下具有一定的指导作用。现有技术中还没有一套能够快速有效实现飞机燃油消耗优化的方法。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法及装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
本申请的第一个方面提供了一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，包括：
步骤一：获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；
步骤二：根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。
可选地，步骤一中，所述飞机状态参数包括外挂信息和重量，所述气动参数包括阻力系数，所述发动机特性参数包括耗油参数。
可选地，所述飞机待飞距离是飞机在当前位置经过各个航路点到达机场点的航路总和，获取所述飞机待飞距离的步骤包括：
获取飞机当前位置信息、机场点位置信息以及各航路点位置信息；
将所述飞机当前位置信息、所述机场点位置信息以及所述各航路点位置信息进行坐标转换；
计算转换后坐标系的水平距离。
可选地，所述飞机当前位置信息、所述机场点位置信息以及所述各航路点位置信息均包括经度、纬度以及高度。
可选地，转换后的坐标系为北东天坐标系。
可选地，步骤二中，所述根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗包括：
根据所述飞机状态参数获取飞机待飞距离的第一燃油消耗；
根据所述气动参数获取飞机待飞距离的第二燃油消耗；
根据所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的第三燃油消耗；
将所述第一燃油消耗、所述第二燃油消耗以及所述第三燃油消耗进行加和，得到飞机待飞距离的总燃油消耗。
可选地，步骤二中，所述通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合包括：
S21、获取初始种群，所述初始种群为飞机初始的高度和速度的集合；
S22、对所述初始种群执行二元锦标赛选择出第一代种群；
S23、对所述第一代种群模拟二进制交叉算子进行交叉和多项式变异方式变异得到第二代种群；
S24、合并所述第一代种群和所述第二代种群，对合并后的种群进行非劣排序，通过排挤和精英保留策略选出第三代种群；
S25、对所述第三代种群进行复制、交叉和变异选出最优的第四代种群；
其中，所述第一代种群、所述第二代种群、所述第三代种群以及所述第四代种群均为满足飞机待飞距离的总燃油消耗要求的种群。
本申请的第二个方面提供了一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化装置，包括：
参数获取模块，用于获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；
数据处理模块，用于根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，能够快速准确的得到飞机最优的飞行高度和速度集合，可以充分发挥该飞行器的飞行性能，达到非常良好的飞行效果，圆满完成飞行任务。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
本申请的第一个方面提供了一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，包括：
步骤一：获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；
步骤二：根据飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。
具体的，步骤一中，飞机状态参数包括外挂信息和重量，气动参数包括阻力系数，发动机特性参数包括耗油参数。
本申请的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，步骤二中，飞机待飞距离是飞机在当前位置经过各个航路点到达机场点的航路总和，获取飞机待飞距离的步骤包括：
获取飞机当前位置信息、机场点位置信息以及各航路点位置信息；飞机当前位置信息、机场点位置信息以及各航路点位置信息均包括经度、纬度以及高度；
将飞机当前位置信息、机场点位置信息以及各航路点位置信息进行坐标转换，转换后的坐标系为北东天坐标系。
计算转换后坐标系的水平距离。
步骤二中，根据飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗包括：
根据飞机状态参数获取飞机待飞距离的第一燃油消耗。本实施例中，飞机的状态参数包括飞机的重量和外挂种类、数量、挂点位置等信息。首先建立这些状态参数与飞机耗油的关系数据表，在使用时通过查表法计算得到飞机待飞距离的第一燃油消耗；
根据飞机气动参数获取飞机待飞距离的第二燃油消耗。本实施例中，飞机的气动参数主要考虑飞机的阻力系数。首先建立飞机阻力系数与飞机耗油的关系数据表，在使用时通过查表法计算得到飞机待飞距离的第二燃油消耗；
根据飞机发动机特性参数获取飞机待飞距离的第三燃油消耗。本实施例中，飞机的发动机特性参数包括发动机个数、转数、开/关加力工作状态等信息。首先建立这些发动机特性参数与飞机耗油的关系数据表，在使用时通过查表法计算得到飞机待飞距离的第三燃油消耗；
将第一燃油消耗、第二燃油消耗以及第三燃油消耗进行加和，得到飞机待飞距离的总燃油消耗。
步骤二中，通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合包括：
S21、获取初始种群，初始种群为飞机初始的高度和速度的集合；
S22、对初始种群执行二元锦标赛选择出第一代种群，从而根据燃油消耗筛选找出初始种群中较优的种群；
S23、对第一代种群模拟二进制交叉算子进行交叉和多项式变异方式变异得到第二代种群；
S24、合并第一代种群和所述第二代种群，对合并后的种群进行非劣排序，通过排挤和精英保留策略选出第三代种群；
S25、对第三代种群进行复制、交叉和变异选出最优的第四代种群；
其中，第一代种群、第二代种群、第三代种群以及第四代种群均为满足飞机待飞距离下通过前述燃油消耗方法计算得到的总燃油消耗要求的种群，即步骤S22至S24中均根据飞机待飞距离的总燃油消耗对种群进行筛选。
本申请的第二个方面提供了一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化装置，包括：
参数获取模块，用于获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；
数据处理模块，用于根据飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。
本申请的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化装置，在通过参数获取模块实现外挂信息配置、阻力系数配置、重量配置、以及耗油参数配置之后，通过数据处理模块进行燃油消耗计算，在获取飞机待飞距离的燃油消耗时，首先针对飞机当前位置信息、机场点坐标信息及飞行计划内飞机与机场点之间的未飞过的各航路点位置信息，将坐标信息转化为北东天坐标，计算北东天坐标系下的水平距离，再计算该水平距离下的燃油消耗。
本申请的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化装置，数据处理模块还用于通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合，包括：
根据种群数N，决策变量数以及决策变量范围和目标函数个数，采用实数编码的方式，随机初始化初始种群，并进行非劣解排序，初始化每个个体的rank值；再对初始种群执行二元锦标赛选择、模拟二进制交叉算子进行交叉和多项式变异方式变异，得到新的种群令；
新的种群Rt＝PtUQt，对Rt进行非劣排序，得到非劣前端F1，F2，...；
进行非劣解排序，并通过排挤和精英保留策略选出N个体，该过程是把F1的全部个体全部选入，看是否达到种群大小，不够继续放F2中的个体，同一个Fi，优先选择拥挤距离大的个体，组成新一代种群；
进行对种群Pt+1执行复制、交叉和变异，形成种群Qt+1；
如果终止条件成立，则结束；否则，t＝t+1，转到d；
最终按照寻优的结果得到最优的飞行状态。
本申请的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法及装置，在获取参数时，将外挂构型考虑在内，可以达到在各种外挂状态下进行寻优计算，使计算结果更加准确；寻优算法可以在保证时间要求的前提下，输出最优和较优的结果，在节省燃油的同时，通过多数据的协调配合达到充分发挥飞行器的飞行性能的目的。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，包括：
步骤一：获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；
步骤二：根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。
2.根据权利要求1所述的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，步骤一中，所述飞机状态参数包括外挂信息和重量，所述气动参数包括阻力系数，所述发动机特性参数包括耗油参数。
3.根据权利要求2所述的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，所述飞机待飞距离是飞机在当前位置经过各个航路点到达机场点的航路总和，获取所述飞机待飞距离的步骤包括：
获取飞机当前位置信息、机场点位置信息以及各航路点位置信息；
将所述飞机当前位置信息、所述机场点位置信息以及所述各航路点位置信息进行坐标转换；
计算转换后坐标系的水平距离。
4.根据权利要求3所述的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，所述飞机当前位置信息、所述机场点位置信息以及所述各航路点位置信息均包括经度、纬度以及高度。
5.根据权利要求4所述的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，转换后的坐标系为北东天坐标系。
6.根据权利要求5所述的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，步骤二中，所述根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗包括：
根据所述飞机状态参数获取飞机待飞距离的第一燃油消耗；
根据所述气动参数获取飞机待飞距离的第二燃油消耗；
根据所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的第三燃油消耗；
将所述第一燃油消耗、所述第二燃油消耗以及所述第三燃油消耗进行加和，得到飞机待飞距离的总燃油消耗。
7.根据权利要6所述的采用非劣排序算法进行燃油消耗优化方法，其特征在于，步骤二中，所述通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合包括：
S21、获取初始种群，所述初始种群为飞机初始的高度和速度的集合；
S22、对所述初始种群执行二元锦标赛选择出第一代种群；
S23、对所述第一代种群模拟二进制交叉算子进行交叉和多项式变异方式变异得到第二代种群；
S24、合并所述第一代种群和所述第二代种群，对合并后的种群进行非劣排序，通过排挤和精英保留策略选出第三代种群；
S25、对所述第三代种群进行复制、交叉和变异选出最优的第四代种群；
其中，所述第一代种群、所述第二代种群、所述第三代种群以及所述第四代种群均为满足飞机待飞距离的总燃油消耗要求的种群。
8.一种采用非劣排序算法进行燃油消耗优化装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取飞机状态参数、气动参数以及发动机特性参数；
数据处理模块，用于根据所述飞机状态参数、所述气动参数以及所述发动机特性参数获取飞机待飞距离的燃油消耗，并通过非劣排序算法获得飞机最优的飞行高度和速度集合。
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