[发明专利]一种耦合气动干扰的飞行器混合配平分析方法

权利要求书

1.一种耦合气动干扰的飞行器混合配平分析方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1，构造目标函数；

分别建立各气动部件的气动力模型，然后根据动力学方程(1)和运动学方程(2)建立飞行器的动力学模型：

其中m为飞行器质量，g为重力加速度，F为大地坐标系下的力，M为机体轴系下的操纵力矩，I为惯性矩，u,v,w分别为大地坐标系下x,y,z轴速度分量，θ,ψ分别为机体轴滚转、俯仰和偏航角，p,q,r分别为机体轴滚转、俯仰和偏航角速度；

公式(1)和(2)改写成状态方程形式：

式中，X是状态向量，U为操纵向量；

则配平的解就是如下非线性方程的解：

g_i(X_I)＝0(i＝1,2,3,…) (4)

构造适应度函数：

当，J＝0时，X_I是式(5)的精确解，飞行器的配平问题转变为多目标优化问题，即寻求X_I使得J最小，随机初始化解空间，形成解空间的初始值；

步骤2，应用IA/LM算法对目标函数进行求解；

步骤2-1，首先进行适应度函数识别，即理解待优化的问题，对问题进行可行性分析，提取先验知识，构造出合适的亲和度函数，并制定约束条件；

步骤2-2，然后产生初始可行解群，通过编码把问题的可行解表示成解空间形式，在解的空间内随机产生一个初始可行解；

定义可行解因子为：

式中，N为可行解空间规模，S(ab_i,ab_j)表示可行解之间的相似度，表示为：

其中，ab_i为可行解空间中的第i个可行解，aff(ab_i,ab_j)为可行解i与j的亲和度，δ_s为相似度阈值；

步骤2-3，对可行解空间中的每一个可行解进行亲和度评价；

步骤2-4，判断是否满足IA算法终止条件：如果满足条件，则终止IA算法寻优进程，并将计算结果作为LM算法的初始值进行计算，否则，继续寻优运算；

步骤2-5，计算可行解因子和转变因子；

步骤2-6，进行可行解处理，包括可行解选择、复制、改变；

步骤2-7，可行解刷新，以随机生成的新可行解代替解空间中转变因子较低的抗体，形成新一代可行解空间，转步骤2-3；

步骤2-8，判断LM算法是否收敛，如果收敛则终止LM算法，并将计算结果作为气动干扰模型的状态输入，否则继续寻优，转到步骤2-4；

步骤3，将气动干扰模型引入到配平方法中，耦合气动干扰模型的配平方法具体步骤为：

步骤3-1，将IA/LM最终优化结果代入LBM模型中，计算各部件的气动力；

针对气动干扰模型的计算，选择基于对流-扩散问题的格子玻尔兹曼方程：

其中，用于调节对流效应的外力项为：

式中，u为对流速度矢量；对于二维问题，u＝ui+uj，i和j分别为x和y方向的单位矢量，c_k为沿着流动方向的单位矢量；

步骤3-2，将LBM模型计算得到的气动力和力矩与飞行动力学模型组合，得到耦合后的气动力；

式中，上标n表示迭代次数，和分别表示第n次迭代时LBM模型和飞行动力学模型产生的气动力；

步骤3-3，将产生的组合气动力代入到配平方程的适应度函数公式(5)中，利用IA/LM优化算法得到耦合气动干扰模型后的配平变量；确定是否满足收敛条件，如果满足则输出组合配平值，否则返还步骤2直到收敛。