[发明专利]一种集爬升-巡航-下降为整体的航时性能优化方法

说明书

本发明提供一种集爬升‑巡航‑下降为整体的航时性能优化方法，步骤为：通过单一重量下的巡航性能分析，选取最优航时巡航策略；将爬升区间的爬升和平飞性能数据整体优化，得到最优航时爬升策略；将下降区间的下降和平飞性能数据优化，得到最优航时下降策略；分别通过累加爬升区间和下降区间的耗油，得到爬升段和下降段的耗油前后夹逼，计算出巡航段的油量，然后，划分不同的油量区间，进行整个巡航段的航时优化，得到最优巡航策略的航时；分别通过累加爬升区间和下降区间的航时，得到整个爬升段和下降段的航时；将爬升段、巡航段和下降段的航时分段累加得到整个飞行剖面的最优航时。

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别是航时分配规划的技术领域

背景技术

目前，军事领域的无人机最大的功用是侦察，其侦察的前提便是超高的航时性能，即空中待机的能力。典型的航时飞行剖面，包含了爬升，巡航和下降3种主要的任务段。其中，巡航又分为不同重量的巡航段。为了达到超长的航时性能指标，研究学者进行了全面，深入的研究。如张云飞等提出了在等高度巡航时，采取变姿态、变速度的飞行策略，达到最大的航时(张云飞，罗勋，向锦武等.螺旋桨飞机等高度飞行的航程与航时计算[J],飞行力学，2003,21(4)：30-34；张云飞，郭伟，马东立等.喷气飞机等高度飞行的航程与航时计算[J],北京航空航天大学学报，2003,29(7)：566-569)。董朝阳^[3]根据能量状态近似法和奇异摄动法求得最优的爬升轨迹和下降轨迹(董朝阳.飞机性能优化研究[J].飞行力学，1992,10(4)：39-47.)。然而，爬升、巡航和下降的航时在最优航时的飞行剖面中占比都并非小量，若只追求单一任务段的优化，势必造成局部最优，而造成其他阶段的短板和不足。同时，巡航段占据整个航时飞行剖面的绝大部分，若选取同一个速度进行巡航，也容易陷入局部优化。因此，只考虑单个或非整体的多个任务段不足以获得最优的航时性能。

发明内容

针对当前的航时性能剖面优化的不全面性，为了使飞机达到最佳的航时性能，本发明提出了集爬升-巡航-下降为一体的航时性能优化方法。

本发明一种集爬升-巡航-下降为整体的航时性能优化方法，步骤为：

a.单一重量下的巡航策略选择：通过单一重量下的巡航性能计算分析，选取不同高度和不同重量下的最优航时巡航策略；

b.爬升段策略的选择：将爬升(区间)的爬升和平飞性能数据整体计算和优化，得到爬升(区间)的最优航时爬升策略；

c.下降段策略的选择：将下降(区间)的下降和平飞性能数据整体计算和优化，得到下降(区间)的最优航时下降策略；

d.整体巡航段策略选择：分别通过累加爬升(区间)和下降(区间)的耗油，得到整个爬升段和下降段的耗油前后夹逼，计算出巡航段的油量，然后，划分不同的油量区间，进行整个巡航段的航时优化，得到最优巡航策略的航时；

e.综合爬升-巡航-下降策略完成航时性能的优化：分别通过累加爬升(区间)和下降(区间)的航时，得到整个爬升段和下降段的航时；将爬升段、巡航段和下降段的航时分段累加得到整个飞行剖面的最优航时。

所述单一重量下的巡航段策略选择为：

将巡航油量分为n段(n为变量)，即得到不同的重量，每个重量下的小时耗油量计算公式为：

其中，W_-为小时耗油量，△W_巡为巡航油耗，△T_巡为巡航时间；

形成高度-重量-巡航速度下的三维小时耗油量矩阵选出不同高度和重量下的最小小时耗油量，该小时耗油量对应的速度，即为该重量和高度下的最优久航速度。

所述对重量变化，通过内部插值法，得到不同重量的小时耗油量。

所述爬升(区间)策略选择为