[发明专利]喉栓式变推力发动机总体参数设计方法、装置和设备

权利要求书

1.一种喉栓式变推力发动机总体参数设计方法，其特征在于，包括步骤：

根据总体设计指标要求，建立喉栓式变推力发动机的总体参数优化计算模型；

所述总体参数优化计算模型为：

其中，为设计变量，包括喷管喉径、喉栓直径、喷管基础扩张比和燃烧室柱段长度；目标函数为发动机平均冲质比最大，为发动机总质量，为装药质量，、和分别为喉栓不介入、介入一半和全部介入时发动机对应的比冲，为燃烧室柱段总长度，为设计变量对应的最大推力，为最小燃烧室压强，、、和分别为设计需求的最大长度、最小装药量、最大推力需求和维持稳定燃烧所需的最小燃烧室压强；

采用优化拉丁超立方实验设计方法，在所述总体参数优化计算模型内生成初始样本点；

将所述初始样本点输入发动机性能仿真模型中，得到所述初始样本点对应的设计约束条件和目标函数；

根据所述初始样本点、所述设计约束条件以及所述目标函数生成训练样本集，采用径向基函数方法构建所述目标函数和约束条件的代理模型；

采用自适应粒子群算法，基于建立的所述代理模型对优化问题进行搜索求解，找到比当前已有最优解性能更好的点即停止搜索并输出作为当前采样点；

将所述当前采样点作为新的采样点输入，利用发动机性能仿真模型计算真实输出，根据预设的收敛条件，输出发动机总体参数；

采用自适应粒子群算法对基于所述代理模型的优化问题进行寻优搜索，输出最优的采样点的步骤，包括：

设定约束惩罚因子、当前找到的真实模型最优解对应的适应度值作为粒子群搜索终止参考，随机选取多个样本点并且初始化粒子群搜索速度，获得适应度评估函数值；所述适应度评估函数值为：

其中，为目标函数的代理模型，表示第个约束的代理模型；

将所有样本进行归一化处理并确定设计变量的上下界；所述设计变量的上下界为：

其中，为上界，为下界；

对种群中的个体进行交叉变异更新速度和位置；更新方法为：

其中，为更新后第个样本的第维速度，为更新前第个样本的第维速度，为惯性权重，和为学习因子，和为的随机数，为当前粒子在次变异中找到的历史最优的第维变量，为种群所有粒子在次变异中找到的历史最优的第维变量，为该粒子当前位置的第维变量，为更新后第维变量；

跟随迭代进度，对所述惯性权重和所述学习因子进行更新；更新方法为：

其中，最大惯性权重和通常设置为2，最小惯性权重和设置为0.5，为次搜索后集合在设计空间内分布的标准差；

进行目标函数适应度评估，决定个体是否保留：

若成立，则输出作为下一个采样点，否则跳转执行所述对种群中的个体进行交叉变异更新速度和位置的步骤。

2.根据权利要求1所述的喉栓式变推力发动机总体参数设计方法，其特征在于，预设的所述收敛条件包括基于样本点进行寻优搜索输出后进行性能仿真时，性能仿真输出的当前最优解经设定次数的迭代未得到更新；

所述根据预设的收敛条件，输出发动机总体参数的过程，包括：

若连续迭代次数达到所述设定次数，所述当前最优解未得到更新，则输出所述当前最优解及其对应的设计参数，作为所述发动机总体参数。

3.根据权利要求1或2所述的喉栓式变推力发动机总体参数设计方法，其特征在于，预设的所述收敛条件包括基于样本点进行寻优搜索输出后进行性能仿真时，迭代次数达到最大迭代次数；

所述根据预设的收敛条件，输出发动机总体参数的过程，包括：

若迭代次数达到所述最大迭代次数，则输出性能仿真输出的当前最优解及其对应的设计参数，作为所述发动机总体参数。

4.根据权利要求3所述的喉栓式变推力发动机总体参数设计方法，其特征在于，所述根据预设的收敛条件，输出发动机总体参数的过程，还包括：

若连续迭代次数达到设定次数时所述当前最优解仍得到更新，或者迭代次数未达到所述最大迭代次数，则进行下一次的循环迭代，采用新的样本点形成新的训练样本集，更新所述代理模型后进行寻优搜索直至满足所述收敛条件，输出所述发动机总体参数。