CN113255145B - 姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、装置和设备 - Google Patents

姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、装置和设备 Download PDF

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CN113255145B CN202110616633.5A CN202110616633A CN113255145B CN 113255145 B CN113255145 B CN 113255145B CN 202110616633 A CN202110616633 A CN 202110616633A CN 113255145 B CN113255145 B CN 113255145B
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Abstract

本申请涉及姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、装置和设备，方法包括：根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量；将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。达到了设计效率较高的效果。

Description

姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、装置和设备
技术领域
本申请涉及固体姿轨控发动机技术领域，特别是涉及一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、装置和设备。
背景技术
固体姿轨控发动机是动能武器的核心分系统之一，主要用于拦截弹道导弹和攻击卫星等，可列装于空基、海基等对安全性要求较高的武器系统。固体姿轨控发动机工作原理是通过控制伺服控制系统来控制阀门的开闭或喉栓的位移，改变等效喉部面积以控制高温燃气流量，从而实现推力方向和大小的调节。喉栓的运动方案设计是对不同喉栓位置组合条件下固体姿轨控发动机进行性能评估至关重要的一步，其主要任务是通过确定四个喉栓的运动规律，使四个阀门的组合尽可能覆盖所有工况，得到更具代表性和普适性的试验结果。
针对喉栓运动方案目前还没有系统化的设计方法，通常是采用经验设计方法，即基于已有设计案例，对喉栓运动方案进行手动设置和调整，以满足推力需求。然而，在实现本发明过程中，发明人发现前述传统的喉栓运动方案设计方法，存在着喉栓运动方案设计效率较低的技术问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种喉栓运动方案设计效率较高的姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置以及一种计算机设备。
为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，包括步骤：
根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；
根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；
采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量；
将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。
在其中一个实施例中，根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标的步骤，包括：
采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线；
将有效工作时间内四个阀门的喉栓位移，以及燃气发生器压强变化曲线的燃烧室压强分别作为样本的五维度；
按照设定的时间步长对五维度的样本进行离散处理，得到有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
以各不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵作为样本点建立遍历性指标。
在其中一个实施例中，遍历性指标为：
Figure 7648DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 335862DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 475856DEST_PATH_IMAGE003
均表示不同维度中前一时刻样本点与后一时刻样本点间的欧氏距离，
Figure 383769DEST_PATH_IMAGE004
表示所有样本点个数，
Figure 174876DEST_PATH_IMAGE005
为常数，
Figure 673991DEST_PATH_IMAGE006
表示第一个喉栓在第
Figure 301281DEST_PATH_IMAGE007
次采样时的位移，
Figure 809623DEST_PATH_IMAGE008
表示第一个喉栓在第
Figure 956702DEST_PATH_IMAGE009
次时的位移，
Figure 626717DEST_PATH_IMAGE010
表示第二个喉栓在第
Figure 741304DEST_PATH_IMAGE011
次采样时的位移，
Figure 725441DEST_PATH_IMAGE012
表示第二个喉栓在第
Figure 241872DEST_PATH_IMAGE013
次时的位移，
Figure 332057DEST_PATH_IMAGE014
表示第三个喉栓在第
Figure 933940DEST_PATH_IMAGE015
次采样时的位移，
Figure 784084DEST_PATH_IMAGE016
表示第三个喉栓在第
Figure 155023DEST_PATH_IMAGE017
次时的位移，
Figure 917573DEST_PATH_IMAGE018
表示第四个喉栓在第
Figure 944435DEST_PATH_IMAGE019
次采样时的位移，
Figure 332691DEST_PATH_IMAGE020
表示第四个喉栓在第
Figure 823715DEST_PATH_IMAGE021
次时的位移，
Figure 6435DEST_PATH_IMAGE022
表示在第
Figure 786172DEST_PATH_IMAGE023
次采样时的燃烧室压强，
Figure 961807DEST_PATH_IMAGE024
表示第
Figure 307338DEST_PATH_IMAGE025
次采样时的燃烧室压强。
在其中一个实施例中，目标函数为：
Figure 926538DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 927992DEST_PATH_IMAGE027
表示遍历性指标，
Figure 658051DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 608821DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 398922DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 887672DEST_PATH_IMAGE031
分别表示四个喉栓正弦运动曲线的运动频率，
Figure 155843DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 475965DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 686236DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 396703DEST_PATH_IMAGE035
分别表示四个喉栓运动时的初相位，运动频率的变化范围为[5,10]，相位的变化范围限定为
Figure 468564DEST_PATH_IMAGE036
。
在其中一个实施例中，采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量的步骤，包括：
在求解过程中，采用设定收敛判据对求解计算进行收敛判定；收敛判据包括：
Figure 908773DEST_PATH_IMAGE037
或
Figure 775097DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 785910DEST_PATH_IMAGE039
表示最优值
Figure 395883DEST_PATH_IMAGE040
与次优值
Figure 628281DEST_PATH_IMAGE041
之间的误差，
Figure 665507DEST_PATH_IMAGE042
表示设定的可接受误差上限值，
Figure 678463DEST_PATH_IMAGE043
表示迭代步数，
Figure 341394DEST_PATH_IMAGE044
表示迭代步数最大值；
若满足收敛判据中的任一个，则跳出求解循环并输出最优结果对应的各设计变量。
在其中一个实施例中，采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量的步骤，还包括：
若不满足收敛判据，则返回执行根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标的步骤，直至满足收敛判据中的任一个。
另一方面，还提供一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置，包括：
运动建立模块，用于根据阀门喉栓运动方式，建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；喉栓运动方程为正弦曲线方程；
表征建立模块，用于根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
目标确定模块，用于根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；
优化求解模块，用于采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量；
方案输出模块，用于将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。
在其中一个实施例中，表征建立模块包括：
压强曲线子模块，用于采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线；
样本子模块，用于将有效工作时间内四个阀门的喉栓位移，以及燃气发生器压强变化曲线的燃烧室压强分别作为样本的五维度；
离散处理子模块，用于按照设定的时间步长对五维度的样本进行离散处理，得到有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
建立执行子模块，用于以各不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵作为样本点建立遍历性指标。
又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法、装置和设备，通过首先建立喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程，然后建立表征喉栓运动过程中喉栓位置组合状态的遍历性指标，其次，将喉栓运动方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量并确定相应的目标函数，代入归一化后各样本点的遍历性指标和目标函数联立构成喉栓运动设计中的实数优化问题。进而，采用粒子群算法求解该实数优化问题，将求解输出的最优结果对应的各设计变量代入喉栓运动方程进行求解处理，即可输出最优的喉栓运动方案，所得的该方案尽可能覆盖了所有工况、代表性与可靠性较佳。与传统的设计方法相比，无需过多的工程经验，同时避免了繁琐的人工迭代计算，可直接对最优方案进行试验，过滤大量不具有代表性的无效方案，从而降低了试验次数，节约了试验成本，达到了喉栓运动方案设计效率较高的目的。
附图说明
图1为一个实施例中姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法的流程示意图；
图2为一个实施例中等效喉部面积计算坐标系示意图；
图3为一个实施例中姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法的应用流程示意图；
图4为一个实施例中固体姿轨控发动机布局示意图；
图5为一个实施例中喷管喉栓型面结构示意图；
图6为一个实施例中喉栓等效喉部面积随喉栓位置变化趋势示意图；
图7为一个实施例中实验设计前各阀门喉栓位移变化曲线示意图；
图8为一个实施例中实验设计后各阀门喉栓位移变化曲线示意图；
图9为一个实施例中实验设计前各阀门等效喉面变化曲线示意图；
图10为一个实施例中实验设计后各阀门等效喉面变化曲线示意图；
图11为一个实施例中实验设计前压强-时间曲线示意图；
图12为一个实施例中实验设计后压强-时间曲线示意图；
图13为一个实施例中实验设计前样本点二维分布示意图；
图14为一个实施例中实验设计后样本点二维分布示意图；
图15为一个实施例中姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在实践中，发明人发现目前常用的推力匹配设计方法其缺点在于：现有喉栓运动方案由工程师凭借个人经验给出，缺乏理论依据且需要大量的经验支撑。该方法对目标发动机性能考核不全面，得到的试验结果不具有代表性，通常需要进行成百上千次试验才能得出涵盖大部分喉栓运动方案的代表性试验结果，设计效率较低，时间成本较高，造成资源的浪费。
因此，本发明针对传统的喉栓运动方案设计方法存在的设计效率较低的技术问题，以固体发动机内弹道学和实验设计方法为基础，提供了一种新的姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，避免人工给出不具有科学依据且不合理的喉栓运动方案，可快速、准确地计算出已知构型下喉栓理想的运动方案，实现了喉栓运动方程的科学化参数确定。按该方法得出的喉栓运动方案进行实施，可获得覆盖大多数工况，具有代表性的试验结果，便于后期对发动机进行性能考核和关键参数辨识。
请参阅图1，在一个实施例中，本发明提供一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，包括如下步骤S12至S20：
S12，根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程。
可以理解，给定的喉栓的型面函数
Figure 428299DEST_PATH_IMAGE045
和喷管的型面函数
Figure 902005DEST_PATH_IMAGE046
如式（1）所示：
Figure 871098DEST_PATH_IMAGE047
（1）
其中，
Figure 822874DEST_PATH_IMAGE048
表示喷管曲线的左端点，
Figure 842914DEST_PATH_IMAGE049
表示喷管曲线的右端点，
Figure 221942DEST_PATH_IMAGE050
表示喉栓末端的坐标，
Figure 678331DEST_PATH_IMAGE051
表示喉栓顶点的位移，
Figure 433798DEST_PATH_IMAGE052
表示喷管型面曲线上点的坐标，
Figure 541300DEST_PATH_IMAGE053
表示喉栓型面曲线上点的坐标。
计算喉栓的有效行程区间和喉栓不同运动位置对应的等效喉部面积的坐标系如图2所示。针对单阀而言，随着喉栓从左向右运动，等效喉部面积采用式（2）计算，等效喉部面积随喉栓的移动逐渐减小，完全深入时达到最小值。喉栓有效行程区间的起点
Figure 560072DEST_PATH_IMAGE054
为喉栓位移对等效喉部面积大小造成影响的最初位置，喉栓行程终点
Figure 503757DEST_PATH_IMAGE055
是喉栓运动过程中能够到达的最远位置。
在位移
Figure 62914DEST_PATH_IMAGE056
处，在喷管的型面函数
Figure 775655DEST_PATH_IMAGE057
上任取一点
Figure 512798DEST_PATH_IMAGE058
，在喉栓的型面函数
Figure 147042DEST_PATH_IMAGE059
上任取一点
Figure 509890DEST_PATH_IMAGE060
，则其喉栓等效喉部面积
Figure 77138DEST_PATH_IMAGE061
为；
Figure 234450DEST_PATH_IMAGE062
（2）
将阀门的喉栓运动设定为在喉栓有效行程内的往复运动，其运动表项为正弦曲线方程如下式（3）：（也即前述喉栓运动方程）
Figure 355989DEST_PATH_IMAGE063
（3）
其中，
Figure 240638DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 927971DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 521763DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 661758DEST_PATH_IMAGE067
分别表示四个喉栓的位移，
Figure 569671DEST_PATH_IMAGE068
和
Figure 862243DEST_PATH_IMAGE069
表示限制喉栓运动区间在其有效行程区间内的常数，即喉栓正弦运动的振幅和均值，
Figure 626937DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 254227DEST_PATH_IMAGE071
、
Figure 231410DEST_PATH_IMAGE072
和
Figure 96598DEST_PATH_IMAGE073
分别表示四条正弦运动曲线的运动频率，
Figure 15881DEST_PATH_IMAGE074
表示当前时刻，
Figure 396047DEST_PATH_IMAGE075
、
Figure 176921DEST_PATH_IMAGE076
、
Figure 693353DEST_PATH_IMAGE077
和
Figure 737533DEST_PATH_IMAGE078
分别表示四条正弦曲线的初相位；
其中，喉栓正弦运动的振幅
Figure 90148DEST_PATH_IMAGE079
和均值
Figure 674713DEST_PATH_IMAGE080
通过下式计算确定：
Figure 311231DEST_PATH_IMAGE081
（4）
上式中，
Figure 526311DEST_PATH_IMAGE082
表示喉栓有效行程起点，
Figure 349911DEST_PATH_IMAGE083
表示喉栓行程终点。
S14，根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵。
在一些实施方式中，具体可以包括如下子步骤S142至S148：
S142，采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线；
S144，将有效工作时间内四个阀门的喉栓位移，以及燃气发生器压强变化曲线的燃烧室压强分别作为样本的五维度；
S146，按照设定的时间步长对五维度的样本进行离散处理，得到有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
S148，以各不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵作为样本点建立遍历性指标。
具体的，采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线；其中，轨控发动机的零维内弹道计算，采用四阶龙格-库塔法对式(5)进行求解，以得到燃气发生器压强变化曲线。
零维内弹道模型为：
Figure 276451DEST_PATH_IMAGE084
（5）
其中，
Figure 501896DEST_PATH_IMAGE085
是燃烧室压强，t是时间，
Figure 684616DEST_PATH_IMAGE086
是比热比
Figure 464353DEST_PATH_IMAGE087
的函数，
Figure 390721DEST_PATH_IMAGE088
是特征速度，
Figure 486984DEST_PATH_IMAGE089
是燃烧室容积，
Figure 309446DEST_PATH_IMAGE090
是推进剂密度，
Figure 107638DEST_PATH_IMAGE091
是装药的燃面面积，
Figure 837697DEST_PATH_IMAGE092
是燃速系数，
Figure 37734DEST_PATH_IMAGE093
是压强指数，
Figure 31098DEST_PATH_IMAGE094
是四个喉栓等效喉部面积之和，
Figure 300274DEST_PATH_IMAGE095
是药柱肉厚，
Figure 99602DEST_PATH_IMAGE096
是装药半径，
Figure 154146DEST_PATH_IMAGE097
是空腔长度，
Figure 52832DEST_PATH_IMAGE098
是燃气的气体常数，
Figure 825616DEST_PATH_IMAGE099
是定压燃烧温度，
Figure 913789DEST_PATH_IMAGE100
是比热比，
Figure 822839DEST_PATH_IMAGE094
为总喉部面积。
其中，总喉部面积按式（6）计算：
Figure 158005DEST_PATH_IMAGE101
（6）
其中，
Figure 418085DEST_PATH_IMAGE102
为第一个阀门喉栓的等效喉部面积，
Figure 293638DEST_PATH_IMAGE103
为第二个阀门喉栓的等效喉部面积，
Figure 572041DEST_PATH_IMAGE104
为第三个阀门喉栓的等效喉部面积，
Figure 812529DEST_PATH_IMAGE105
为第四个阀门喉栓的等效喉部面积。
得到燃气发生器压强变化曲线后，以有效工作时间内四个阀门喉栓位移
Figure 559906DEST_PATH_IMAGE106
，
Figure 239149DEST_PATH_IMAGE107
，
Figure 122791DEST_PATH_IMAGE108
和
Figure 534181DEST_PATH_IMAGE109
，以及燃烧室压强
Figure 519585DEST_PATH_IMAGE110
分别作为样本的五个维度。按照时间步长
Figure 736940DEST_PATH_IMAGE111
对五个维度对应的五条曲线进行离散，得到不同时刻位移和压强矩阵并将其作为样本点。基于遍历性指标
Figure 678351DEST_PATH_IMAGE112
对不同喉栓位置及压强的组合，建立该遍历性指标，如式（7）所示：
Figure 322959DEST_PATH_IMAGE113
（7）
其中，
Figure 44928DEST_PATH_IMAGE114
和
Figure 49662DEST_PATH_IMAGE115
均表示不同维度中前一时刻样本点与后一时刻样本点间的欧氏距离，
Figure 111159DEST_PATH_IMAGE116
表示所有样本点个数，
Figure 926668DEST_PATH_IMAGE117
为常数，
Figure 870353DEST_PATH_IMAGE118
表示第一个喉栓在第
Figure 429510DEST_PATH_IMAGE119
次采样时的位移，
Figure 345514DEST_PATH_IMAGE120
表示第一个喉栓在第
Figure 82657DEST_PATH_IMAGE121
次时的位移，
Figure 779217DEST_PATH_IMAGE122
表示第二个喉栓在第
Figure 79749DEST_PATH_IMAGE123
次采样时的位移，
Figure 646996DEST_PATH_IMAGE124
表示第二个喉栓在第
Figure 69887DEST_PATH_IMAGE125
次时的位移，
Figure 925848DEST_PATH_IMAGE126
表示第三个喉栓在第
Figure 76075DEST_PATH_IMAGE127
次采样时的位移，
Figure 28988DEST_PATH_IMAGE128
表示第三个喉栓在第
Figure 357201DEST_PATH_IMAGE129
次时的位移，
Figure 700458DEST_PATH_IMAGE130
表示第四个喉栓在第
Figure 139529DEST_PATH_IMAGE123
次采样时的位移，
Figure 697681DEST_PATH_IMAGE131
表示第四个喉栓在第
Figure 400057DEST_PATH_IMAGE132
次时的位移，
Figure 27348DEST_PATH_IMAGE133
表示在第
Figure 535690DEST_PATH_IMAGE134
次采样时的燃烧室压强，
Figure 400877DEST_PATH_IMAGE135
表示第
Figure 70893DEST_PATH_IMAGE136
次采样时的燃烧室压强。
S16，根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数。
可以理解，选取四个喉栓正弦运动曲线方程中的各运动频率（
Figure 434747DEST_PATH_IMAGE137
、
Figure 481201DEST_PATH_IMAGE138
、
Figure 200895DEST_PATH_IMAGE139
和
Figure 307391DEST_PATH_IMAGE140
）和各初相位（
Figure 643695DEST_PATH_IMAGE141
、
Figure 978992DEST_PATH_IMAGE142
、
Figure 553193DEST_PATH_IMAGE143
和
Figure 565011DEST_PATH_IMAGE144
）作为设计变量。为保证喉栓运动的合理性，其运动频率的变化范围为[5,10]，相位的变化范围限定为
Figure 919769DEST_PATH_IMAGE145
。
选取
Figure 245708DEST_PATH_IMAGE146
准则对样本空间均匀性进行评估，将五个维度样本点归一化后采用式（7）计算
Figure 736733DEST_PATH_IMAGE147
值，目标函数如式（8）所示，在
Figure 434299DEST_PATH_IMAGE148
值达到最小值时实现最大距离最小化的目标。
Figure 745195DEST_PATH_IMAGE149
（8）
S18，采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量。
在一些实施方式中，具体可以包括如下子步骤S182至S184：
S182在求解过程中，采用设定收敛判据对求解计算进行收敛判定；收敛判据包括：
Figure 874825DEST_PATH_IMAGE150
（9）
或
Figure 485935DEST_PATH_IMAGE151
（10）
其中，
Figure 839556DEST_PATH_IMAGE152
表示最优值
Figure 841010DEST_PATH_IMAGE153
与次优值
Figure 587380DEST_PATH_IMAGE154
之间的误差，
Figure 787417DEST_PATH_IMAGE155
表示设定的可接受误差上限值，
Figure 515202DEST_PATH_IMAGE156
表示迭代步数，
Figure 66269DEST_PATH_IMAGE157
表示迭代步数最大值；
S184若满足收敛判据中的任一个，则跳出求解循环并输出最优结果对应的各设计变量。
具体的，采用粒子群算法对上述实数优化问题进行求解处理，采用式（9）和式（10）进行收敛判定。若最优值
Figure 600018DEST_PATH_IMAGE158
与次优值
Figure 857824DEST_PATH_IMAGE159
及其他值之间误差在给定的可接受范围内或迭代步数
Figure 68095DEST_PATH_IMAGE160
达到最大给定步数，则认为其收敛，跳出循环，输出最优结果对应的各设计变量，也即求解得到的运动频率
Figure 840879DEST_PATH_IMAGE161
、
Figure 116002DEST_PATH_IMAGE162
、
Figure 25052DEST_PATH_IMAGE163
和
Figure 422536DEST_PATH_IMAGE164
，以及求解得到的初相位
Figure 167769DEST_PATH_IMAGE165
、
Figure 246583DEST_PATH_IMAGE166
、
Figure 275719DEST_PATH_IMAGE167
和
Figure 781787DEST_PATH_IMAGE168
。
在一些实施方式中，最大给定步数可选的取值为5000。可以在相对较少的求解耗时下获得较优的最优结果，从而更好地提升设计处理的效率。
在一些实施方式中，具体还可以包括如下子步骤S185：
若不满足收敛判据，则返回执行步骤S14，直至满足收敛判据中的任一个；此时，认为其收敛，跳出循环，输出最优结果对应的各设计变量，也即求解得到的运动频率
Figure 263584DEST_PATH_IMAGE169
、
Figure 942827DEST_PATH_IMAGE170
、
Figure 75737DEST_PATH_IMAGE171
和
Figure 752706DEST_PATH_IMAGE172
，以及求解得到的初相位
Figure 721799DEST_PATH_IMAGE173
、
Figure 939153DEST_PATH_IMAGE174
、
Figure 942882DEST_PATH_IMAGE175
和
Figure 790752DEST_PATH_IMAGE176
。
S20，将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。
上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，如图3所示，通过首先建立喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程，然后建立表征喉栓运动过程中喉栓位置组合状态的遍历性指标，其次，将喉栓运动方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量并确定相应的目标函数，代入归一化后各样本点的遍历性指标和目标函数联立构成喉栓运动设计中的实数优化问题。进而，采用粒子群算法求解该实数优化问题，将求解输出的最优结果对应的各设计变量代入喉栓运动方程进行求解处理，即可输出最优的喉栓运动方案，所得的该方案尽可能覆盖了所有工况、代表性与可靠性较佳。与传统的设计方法相比，无需过多的工程经验，同时避免了繁琐的人工迭代计算，可直接对最优方案进行试验，过滤大量不具有代表性的无效方案，从而降低了试验次数，节约了试验成本，达到了喉栓运动方案设计效率较高的目的。
应该理解的是，虽然图1和图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且图1和图3的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图3所示，为了更直观且全面地说明上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，下面是以某四喷管轨控发动机时序实验设计为例，对本发明提出的设计方法进行应用说明和验证的示例。
需要说明的是，本说明书中给出的实施案例仅为示意性的，并非为本发明具体实施案例的唯一限定，本领域技术人员可以在本发明提供的实施案例的示意下，同理采用上述提供的姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，实现对不同轨控发动机喉栓运动方案的快速设计。
姿轨控发动机布局如图4所示，喷管喉栓型面见图5，其构型参数见表1，按照实际发动机参数进行设定。该实验设计方法的目的是通过对喉栓运动方案进行科学、合理的设计，提高单次试验结果的可靠性和有效性。最终实现目标发动机在各个喉栓运动组合下实际性能的充分考察。针对该案例，应用固体姿轨控发动机时序实验设计方法，完成喉栓的运动方案设计，具体步骤如下：
（1）样本的维数为8，将粒子种群个数设定为20，最大迭代次数设定为5000，给出变量的上界
Figure 263453DEST_PATH_IMAGE177
和下界
Figure 18919DEST_PATH_IMAGE178
，运动频率
Figure 80416DEST_PATH_IMAGE179
，相位
Figure 630346DEST_PATH_IMAGE180
，在设计变量域内随机生成初始种群，且每个粒子的速度赋初值。
（2）对初始参数进行设置，得出喉栓运动方程。根据已知的喉栓母线以及喷管母线，以及初始时刻喉栓位置，通过计算给出如图6所示喉栓位移-等效喉部面积变化关系。同时求出喉栓有效行程的初位置为0和末位置为0.0804，及所对应的单阀等效喉部面积最大值为6.1575E-4
Figure 839610DEST_PATH_IMAGE181
和最小值为8.4823E-5
Figure 602030DEST_PATH_IMAGE182
。
（3）在定义的工作时间内按照时间步长进行循环求解。已知0s时刻作为初始时刻，按照时间步长0.01s进行叠加，计算至最终时刻10s，时间被离散为1001个时刻。已知初始时刻等效喉部面积
Figure 564039DEST_PATH_IMAGE183
及初始时刻燃烧室压强
Figure 816028DEST_PATH_IMAGE184
，采用四阶龙格库塔法进行零维内弹道计算。将时间
Figure 184693DEST_PATH_IMAGE185
代入喉栓运动方程，可得阀门当前喉栓位移
Figure 281962DEST_PATH_IMAGE186
、
Figure 380368DEST_PATH_IMAGE187
、
Figure 288412DEST_PATH_IMAGE188
和
Figure 144373DEST_PATH_IMAGE189
，对已知喉栓位移-等效喉部面积关系插值，可得到所对应等效喉部面积
Figure 310912DEST_PATH_IMAGE190
、
Figure 998245DEST_PATH_IMAGE191
、
Figure 529721DEST_PATH_IMAGE192
和
Figure 935294DEST_PATH_IMAGE193
。零维内弹道计算后可得按时间步长离散后对应的各时刻四个阀门的喉栓位移以及燃烧室压强。
（4）选取四个阀门喉栓位移
Figure 623633DEST_PATH_IMAGE194
、
Figure 368735DEST_PATH_IMAGE195
、
Figure 867850DEST_PATH_IMAGE196
和
Figure 760720DEST_PATH_IMAGE197
与燃烧室压强
Figure 206744DEST_PATH_IMAGE198
分别作为样本的五个维度，对输出参数进行归一化处理后，按照
Figure 603091DEST_PATH_IMAGE199
准则对其空间均匀性进行计算，
Figure 289418DEST_PATH_IMAGE200
的取值为2，计算得出目标函数值。
（5）对其进行收敛判定，若达到收敛条件则跳出循环。输出对应当前条件下最优解所对应四条正弦函数频率
Figure 607267DEST_PATH_IMAGE201
、
Figure 653720DEST_PATH_IMAGE202
、
Figure 170152DEST_PATH_IMAGE203
和
Figure 11069DEST_PATH_IMAGE204
以及初相位
Figure 816214DEST_PATH_IMAGE205
、
Figure 650047DEST_PATH_IMAGE206
、
Figure 286565DEST_PATH_IMAGE207
和
Figure 298383DEST_PATH_IMAGE208
。若不满足，则重复步骤（3）-（5）。
（6）将最优解代入喉栓运动方程（3），得到喉栓的最优运动方案。
表1
Figure 590824DEST_PATH_IMAGE209
该案例所给等效喉部面积随喉栓位移变化如图6所示，喉栓有效运动范围为[0,0.0804]米，单个阀门等效喉部面积变化范围为[8.4823E-5,6.1575E-4]
Figure 979080DEST_PATH_IMAGE210
，随着喉栓从左向右进动，等效喉部面积逐渐减小，完全深入时达到最小值。
实际工作过程中喉栓按运动规律进行变化，改变等效喉部面积从而影响燃烧室压强变化。
发动机工作参数见表2。步骤(2)中仿真模型初始化参数按表1和表2进行设置。
表2
Figure 955258DEST_PATH_IMAGE211
以四阀固体姿轨控发动机喉栓运动方案的八个参数作为设计变量，按照是否采用实验设计方法对结果进行对比，两方法所得运动方案参数及其对应
Figure 606819DEST_PATH_IMAGE212
值如表3所示。使用
Figure 917714DEST_PATH_IMAGE212
准则分别对实验设计前、后的案例样本点均匀性进行评估，实验设计前的值为122.4936，实验设计后的值为87.6469，设计前的值超出实验设计后的值近40%，可见采用本文时序实验设计方法所得样本点在空间中分布均匀。
表3
Figure 109661DEST_PATH_IMAGE213
各阀门喉栓位移变化曲线如图7和图8所示，各阀门等效喉面变化曲线如图9和图10所示。从图示结果可以看出，实验设计后的喉栓运动方案更加不规律，可考察多种情况下的喉栓位移组合。
使用上述参数计算所得出的压强-时间曲线如图11和图12所示，虽两方法得出的压强均分布在0.5MPa~26MPa之间。但实验设计前（如图11所示）的工作压强多数小于8MPa，对发动机在10~20MPa间的工作性能考察不充分。实验设计后（如图12所示）得出的发动机工作压强分布较平均，能够充分考察发动机在各个压强段的性能。
通过图13和图14样本点二维分布图对比可得实验设计方法效果明显，所得样本点在低维空间内也能均匀分布。将自适应粒子群优化方法应用于时序实验设计中，可保证样本点在高维空间和低维空间内的散布性。实验设计前后对比明显，设计后的结果更能保证四个喷管的大多数组合方案都可被考察到。应用实验设计方法对喉栓运动方案进行设计可以大幅降低试验成本和时间成本，得到更具有科学性与可靠性的结论。
本申请的上述设计方法已经在多种不同的固体姿轨控发动机喉栓运动方案设计中得到了应用，与传统设计方法相比，人工参与过程少、减少试验次数，采用本实验设计方法得出的设计变量进行仿真覆盖大多数工况，所得出的结果更具有代表性且更可靠。
本领域技术人员可以理解，本申请是以四阀固体姿轨控发动机的喉栓运动方案的设计为例，在本申请的设计构思基础上，本领域技术人员可以按照该设计构思同理实现对其他数量的阀门喉栓的喉栓运动方案的快速设计。
请参阅图15，还提供了一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置100，包括运动建立模块13、表征建立模块15、目标确定模块17、优化求解模块19和方案输出模块21。其中，运动建立模块13用于根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程。表征建立模块15用于根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵。目标确定模块17用于根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数。优化求解模块19用于采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量。方案输出模块21用于将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。
上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置100，通过各模块的协作，首先建立喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程，然后建立表征喉栓运动过程中喉栓位置组合状态的遍历性指标，其次，将喉栓运动方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量并确定相应的目标函数，代入归一化后各样本点的遍历性指标和目标函数联立构成喉栓运动设计中的实数优化问题。进而，采用粒子群算法求解该实数优化问题，将求解输出的最优结果对应的各设计变量代入喉栓运动方程进行求解处理，即可输出最优的喉栓运动方案，所得的该方案尽可能覆盖了所有工况、代表性与可靠性较佳。与传统的设计方法相比，无需过多的工程经验，同时避免了繁琐的人工迭代计算，可直接对最优方案进行试验，过滤大量不具有代表性的无效方案，从而降低了试验次数，节约了试验成本，达到了喉栓运动方案设计效率较高的目的。
在一个实施例中，上述表征建立模块15包括压强曲线子模块、样本子模块、离散处理子模块和建立执行子模块。其中，压强曲线子模块用于采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线。样本子模块用于将有效工作时间内四个阀门的喉栓位移，以及燃气发生器压强变化曲线的燃烧室压强分别作为样本的五维度。离散处理子模块用于按照设定的时间步长对五维度的样本进行离散处理，得到有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵。建立执行子模块用于以各不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵作为样本点建立遍历性指标。
在一个实施例中，上述遍历性指标为：
Figure 658454DEST_PATH_IMAGE214
其中，
Figure 12075DEST_PATH_IMAGE215
和
Figure 325114DEST_PATH_IMAGE216
均表示不同维度中前一时刻样本点与后一时刻样本点间的欧氏距离，
Figure 55172DEST_PATH_IMAGE217
表示所有样本点个数，
Figure 458472DEST_PATH_IMAGE218
为常数，
Figure 248573DEST_PATH_IMAGE219
表示第一个喉栓在第
Figure 534061DEST_PATH_IMAGE220
次采样时的位移，
Figure 552964DEST_PATH_IMAGE221
表示第一个喉栓在第
Figure 810770DEST_PATH_IMAGE222
次时的位移，
Figure 37352DEST_PATH_IMAGE223
表示第二个喉栓在第
Figure 810136DEST_PATH_IMAGE224
次采样时的位移，
Figure 819680DEST_PATH_IMAGE225
表示第二个喉栓在第
Figure 994310DEST_PATH_IMAGE226
次时的位移，
Figure 375481DEST_PATH_IMAGE227
表示第三个喉栓在第
Figure 838824DEST_PATH_IMAGE224
次采样时的位移，
Figure 448797DEST_PATH_IMAGE228
表示第三个喉栓在第
Figure 743512DEST_PATH_IMAGE229
次时的位移，
Figure 46317DEST_PATH_IMAGE230
表示第四个喉栓在第
Figure 731376DEST_PATH_IMAGE224
次采样时的位移，
Figure 161352DEST_PATH_IMAGE231
表示第四个喉在第
Figure 44994DEST_PATH_IMAGE232
次时的位移，
Figure 721963DEST_PATH_IMAGE233
表示在第
Figure 956635DEST_PATH_IMAGE224
次采样时的燃烧室压强，
Figure 908411DEST_PATH_IMAGE234
表示第
Figure 115401DEST_PATH_IMAGE235
次采样时的燃烧室压强。
在一个实施例中，上述目标函数为：
Figure 9277DEST_PATH_IMAGE236
其中，
Figure 731245DEST_PATH_IMAGE237
表示遍历性指标，
Figure 689974DEST_PATH_IMAGE238
、
Figure 282629DEST_PATH_IMAGE239
、
Figure 363718DEST_PATH_IMAGE240
和
Figure 510665DEST_PATH_IMAGE241
分别表示四个喉栓正弦运动曲线的运动频率，
Figure 820555DEST_PATH_IMAGE242
、
Figure 798875DEST_PATH_IMAGE243
、
Figure 519707DEST_PATH_IMAGE244
和
Figure 153950DEST_PATH_IMAGE245
分别表示四个喉栓运动时的初相位，运动频率的变化范围为[5,10]，相位的变化范围限定为
Figure 251219DEST_PATH_IMAGE246
。
在一个实施例中，上述优化求解模块19包括收敛判定子模块和输出控制子模块，其中，收敛判定子模块用于在求解过程中，采用设定收敛判据对求解计算进行收敛判定；收敛判据包括：
Figure 192368DEST_PATH_IMAGE247
或
Figure 287363DEST_PATH_IMAGE248
其中，
Figure 221952DEST_PATH_IMAGE249
表示最优值
Figure 326174DEST_PATH_IMAGE250
与次优值
Figure 747929DEST_PATH_IMAGE251
之间的误差，
Figure 341721DEST_PATH_IMAGE252
表示设定的可接受误差上限值，
Figure 684978DEST_PATH_IMAGE253
表示迭代步数，
Figure 389628DEST_PATH_IMAGE254
表示迭代步数最大值。
输出控制子模块用于在满足收敛判据中的任一个时，跳出求解循环并输出最优结果对应的各设计变量。
在一个实施例中，上述输出控制子模块还用于在判定不满足收敛判据时，触发上述表征建立模块15再次执行设计步骤，直至满足收敛判据中的任一个。
关于姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置100的具体限定，可以参见上文中姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法的相应限定，在此不再赘述。上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置100中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于具体数据处理功能的设备中，也可以软件形式存储于前述设备的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作，前述设备可以是但不限于用于进行固体轨姿控发动机设计的计算机设备或者计算系统。
又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时可以实现以下步骤：根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量；将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还可以实现上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法各实施例中增加的步骤或者子步骤。
再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征喉栓位置组合状态的遍历性指标；遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；根据正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；采用粒子群算法求解由代入归一化后各样本点的遍历性指标联立目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各设计变量；将最优结果对应的各设计变量代入正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，还可以实现上述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法各实施例中增加的步骤或者子步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线式动态随机存储器（Rambus DRAM，简称RDRAM）以及接口动态随机存储器（DRDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都属于本申请保护范围。因此本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，其特征在于，包括步骤：
根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；
根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征所述喉栓位置组合状态的遍历性指标；所述遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
根据所述正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；
采用粒子群算法求解由代入归一化后各所述样本点的所述遍历性指标联立所述目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各所述设计变量；
将所述最优结果对应的各所述设计变量代入所述正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案；
根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征所述喉栓位置组合状态的遍历性指标的步骤，包括：
采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线；
将有效工作时间内四个阀门的喉栓位移，以及所述燃气发生器压强变化曲线的燃烧室压强分别作为样本的五维度；
按照设定的时间步长对五维度的所述样本进行离散处理，得到所述有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及所述燃烧室压强矩阵；
以各所述不同时刻位移以及所述燃烧室压强矩阵作为样本点建立所述遍历性指标；
所述遍历性指标为：
Figure 801988DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 811532DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 455003DEST_PATH_IMAGE003
均表示不同维度中前一时刻样本点与后一时刻样本点间的欧氏距离，
Figure 586907DEST_PATH_IMAGE004
表示所有样本点个数，
Figure 50249DEST_PATH_IMAGE005
为常数，
Figure 129064DEST_PATH_IMAGE006
表示第一个喉栓在第
Figure 423779DEST_PATH_IMAGE007
次采样时的位移，
Figure 929847DEST_PATH_IMAGE008
表示第一个喉栓在第
Figure 677223DEST_PATH_IMAGE009
次时的位移，
Figure 559728DEST_PATH_IMAGE010
表示第二个喉栓在第
Figure 646633DEST_PATH_IMAGE007
次采样时的位移，
Figure 589181DEST_PATH_IMAGE011
表示第二个喉栓在第
Figure 823853DEST_PATH_IMAGE009
次时的位移，
Figure 978891DEST_PATH_IMAGE012
表示第三个喉栓在第
Figure 259917DEST_PATH_IMAGE007
次采样时的位移，
Figure 107787DEST_PATH_IMAGE013
表示第三个喉栓在第
Figure 33018DEST_PATH_IMAGE009
次时的位移，
Figure 54064DEST_PATH_IMAGE014
表示第四个喉栓在第
Figure 849981DEST_PATH_IMAGE007
次采样时的位移，
Figure 134332DEST_PATH_IMAGE015
表示第四个喉栓在第
Figure 343597DEST_PATH_IMAGE009
次时的位移，
Figure 106016DEST_PATH_IMAGE016
表示在第
Figure 84337DEST_PATH_IMAGE007
次采样时的燃烧室压强，
Figure 274010DEST_PATH_IMAGE017
表示第
Figure 908253DEST_PATH_IMAGE009
次采样时的燃烧室压强；
所述目标函数为：
Figure 271101DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 572770DEST_PATH_IMAGE019
表示所述遍历性指标，
Figure 667765DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 851621DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 955844DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 643177DEST_PATH_IMAGE023
分别表示四个喉栓正弦运动曲线的运动频率，
Figure 440232DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 783488DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 753718DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 764400DEST_PATH_IMAGE027
分别表示四个喉栓运动时的初相位，运动频率的变化范围为[5,10]，相位的变化范围限定为[0,
Figure 466776DEST_PATH_IMAGE028
]。
2.根据权利要求1所述的姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，其特征在于，采用粒子群算法求解由代入归一化后各所述样本点的所述遍历性指标联立所述目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各所述设计变量的步骤，包括：
在求解过程中，采用设定收敛判据对求解计算进行收敛判定；所述收敛判据包括：
Figure 359646DEST_PATH_IMAGE029
或
Figure 805671DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 670859DEST_PATH_IMAGE031
表示最优值
Figure 606454DEST_PATH_IMAGE032
与次优值
Figure 924303DEST_PATH_IMAGE033
之间的误差，
Figure 970756DEST_PATH_IMAGE034
表示设定的可接受误差上限值，
Figure 956030DEST_PATH_IMAGE035
表示迭代步数，
Figure 209DEST_PATH_IMAGE036
表示迭代步数最大值；
若满足所述收敛判据中的任一个，则跳出求解循环并输出所述最优结果对应的各所述设计变量。
3.根据权利要求2所述的姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法，其特征在于，采用粒子群算法求解由代入归一化后各所述样本点的所述遍历性指标联立所述目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各所述设计变量的步骤，还包括：
若不满足所述收敛判据，则返回执行粒子群优化算法下一步迭代，按照粒子群算法位置更新规则，更新设计变量，并根据设计变量计算喉栓运动过程中喉栓位置组合状态及其遍历性指标，评估当前最优值和次优值，直至满足所述收敛判据中的任一个。
4.一种姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计装置，其特征在于，包括：
运动建立模块，用于根据阀门喉栓运动方式，设定喉栓运动方程为正弦曲线方程并建立四个喉栓在有效行程内往复运动的喉栓运动方程；
表征建立模块，用于根据喉栓运动过程中喉栓位置组合状态，建立表征所述喉栓位置组合状态的遍历性指标；所述遍历性指标的样本点包括有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及燃烧室压强矩阵；
目标确定模块，用于根据所述正弦曲线方程中各喉栓的运动频率及相位确定设计变量及目标函数；
优化求解模块，用于采用粒子群算法求解由代入归一化后各所述样本点的所述遍历性指标联立所述目标函数构成的实数优化问题，输出最优结果对应的各所述设计变量；
方案输出模块，用于将所述最优结果对应的各所述设计变量代入所述正弦曲线方程，求解输出喉栓运动方案；
所述表征建立模块包括：
压强曲线子模块，用于采用零维内弹道模型建立喉栓运动过程中的燃气发生器压强变化曲线；
样本子模块，用于将有效工作时间内四个阀门的喉栓位移，以及所述燃气发生器压强变化曲线的燃烧室压强分别作为样本的五维度；
离散处理子模块，用于按照设定的时间步长对五维度的所述样本进行离散处理，得到所述有效工作时间内四个喉栓的不同时刻位移以及所述燃烧室压强矩阵；
建立执行子模块，用于以各所述不同时刻位移以及所述燃烧室压强矩阵作为样本点建立所述遍历性指标；
所述遍历性指标为：
Figure 867671DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 655498DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 495278DEST_PATH_IMAGE038
均表示不同维度中前一时刻样本点与后一时刻样本点间的欧氏距离，
Figure 772676DEST_PATH_IMAGE039
表示所有样本点个数，
Figure 799538DEST_PATH_IMAGE040
为常数，
Figure 656635DEST_PATH_IMAGE041
表示第一个喉栓在第
Figure 147659DEST_PATH_IMAGE042
次采样时的位移，
Figure 533641DEST_PATH_IMAGE043
表示第一个喉栓在第
Figure 578958DEST_PATH_IMAGE044
次时的位移，
Figure 770905DEST_PATH_IMAGE045
表示第二个喉栓在第
Figure 54119DEST_PATH_IMAGE046
次采样时的位移，
Figure 938898DEST_PATH_IMAGE047
表示第二个喉栓在第
Figure 205931DEST_PATH_IMAGE048
次时的位移，
Figure 139252DEST_PATH_IMAGE049
表示第三个喉栓在第
Figure 339289DEST_PATH_IMAGE042
次采样时的位移，
Figure 598232DEST_PATH_IMAGE050
表示第三个喉栓在第
Figure 86983DEST_PATH_IMAGE051
次时的位移，
Figure 620732DEST_PATH_IMAGE052
表示第四个喉栓在第
Figure 878538DEST_PATH_IMAGE042
次采样时的位移，
Figure 308382DEST_PATH_IMAGE053
表示第四个喉栓在第
Figure 81166DEST_PATH_IMAGE051
次时的位移，
Figure 356290DEST_PATH_IMAGE054
表示在第
Figure 999761DEST_PATH_IMAGE042
次采样时的燃烧室压强，
Figure 131665DEST_PATH_IMAGE055
表示第
Figure 595007DEST_PATH_IMAGE051
次采样时的燃烧室压强；
所述目标函数为：
Figure 673822DEST_PATH_IMAGE056
其中，
Figure 968537DEST_PATH_IMAGE057
表示所述遍历性指标，
Figure 209025DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 221981DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 104486DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure 191391DEST_PATH_IMAGE061
分别表示四个喉栓正弦运动曲线的运动频率，
Figure 930677DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 368611DEST_PATH_IMAGE063
、
Figure 523649DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 792956DEST_PATH_IMAGE065
分别表示四个喉栓运动时的初相位，运动频率的变化范围为[5,10]，相位的变化范围限定为[0,
Figure 640827DEST_PATH_IMAGE066
]。
5.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述姿轨控发动机喉栓运动时序实验设计方法的步骤。
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