小生境多目标蚁群算法在飞行器总体设计中的应用

飞行器总体设计直接影响飞行器的战术技术指标,往往需要反复很多次的设计过程以确定最终设计方案,因此迫切需要研究并采用优化方法以快速获得性能较优的飞行器总体方案。蚁群算法是群智能算法的典型代表之一,本文针对飞行器总体设计中的多目标优化问题,以多目标蚁群算法为基础,引入小生境技术,提出小生境多目标蚁群算法,并以某飞行器为应用对象,对其进行了多目标优化设计,最后对优化结果进行了分析。     

地球-火星之间的往返轨迹全局一体化优化设计

针对多因素影响的地球-火星之间的星际往返轨迹优化设计问题,基于多体动力学运动模型,采用静态参数+动态优化的组合算法,进行了全局一体化优化设计,得到最优往返飞行方案,包括探测器从地球出发到火星的最优4-D飞行轨迹、从火星返回地球的最优4-D轨迹,分别离开地球与火星的时间、与星体的相对速度差等。最优飞行方案达到了在火星上探测时间足够长,往返飞行时间最短,所耗发动机燃料最少等目的。该研究结果对未来我国星际(如地球-各行星之间)最优往返飞行有一定的参考价值。     

六自由度振动台台体结构优化设计研究

在应用六自由度振动台进行高频振动测试试验时,若台体结构被激发产生共振,则会影响测试结果的准确性。为保证台体的共振频率在工作频带之外,同时使台体重量更轻,文章提出基于二级多点逼近算法的六自由度振动台台体结构优化方法。首先建立台体结构的有限元模型,并根据实际应用工况确定台体连接面法向位移约束的边界条件,以壳、梁单元的截面尺寸和外形半径大小为设计变量,建立以台体结构一阶固有频率和静强度为约束、质量最小为目标的模型。然后,利用二级多点逼近算法对模型进行尺寸优化,并以人机交互的方式实现外形半径的优化,得到满足约束条件的优化解。最后依据优化结果设计与制造出台体结构,并完成台体样机。该台体结构实现了轻量化设计要求并应用于振动试验,验证了该结构优化方法的有效性。     

混合推进最省燃料轨道设计方法

使用混合推进方式设计地-月圆型限制性三体模型下的最省燃料转移轨道。将化学发动机以及电推进发动机的燃料消耗总和作为目标函数进行优化,推导一阶必要条件和雅可比矩阵。选择从近地圆轨道出发到达地-月L1附近Halo轨道的转移轨道为例测试上述方法。仿真结果表明,相比发射脉冲固定的情况,混合推进方式进一步降低了燃料消耗,而且给出了飞行时间和燃料消耗不同的组合方式,给予任务设计更大的灵活性。     

基于模型的多电飞机能源优化特性仿真分析

多电飞机是一种用电能部分取代原来的液压能和气压能的飞机,其二次能源系统以电能为主。为实现多电飞机能源系统的优化设计,将飞机的发电、配电和用电集成在一个统一的系统内,实行发电、配电和用电的统一规划、统一管理和集中控制。为快速有效地分析多电飞机能源系统优化特性,本文采用基于模型的系统工程方法论,针对多电飞机能源优化仿真分析平台开展研究,提出了一种面向电气设备的多物理域模型建模方法,以实现机载系统的大规模集成仿真。并以飞控系统为对象,建立了多电飞机飞控系统和传统飞机飞控系统的能量利用、能量传送、能量变换设备等仿真模型,仿真分析了两种飞控系统的能源应用特性,为多电飞机能源系统的优化设计提供了有效支撑。     

Multiobjective genetic optimization of Earth–Moon trajectories in the restricted four-body problem

In this paper, optimal trajectories of a spacecraft traveling from Earth to Moon using impulsive maneuvers (ΔV maneuvers) are investigated. The total flight time and the summation of impulsive maneuvers ΔV are the objective functions to be minimized. The main celestial bodies influencing the motion of the spacecraft in this journey are Sun, Earth and Moon. Therefore, a three-dimensional restricted four-body problem (R4BP) model is utilized to represent the motion of the spacecraft in the gravitational field of these celestial bodies. The total ΔV of the maneuvers is minimized by eliminating the ΔV required for capturing the spacecraft by Moon. In this regard, only a mid-course impulsive maneuver is utilized for Moon ballistic capture. To achieve such trajectories, the optimization problem is parameterized with respect to the orbital elements of the ballistic capture orbits around Moon, the arrival date and a mid-course maneuver time. The equations of motion are solved backward in time with three impulsive maneuvers up to a specified low Earth parking orbit. The results show high potential and capability of this type of parameterization in finding several Pareto-optimal trajectories. Using the non-dominated sorting genetic algorithm with crowding distance sorting (NSGA-II) for the resulting multiobjective optimization problem, several trajectories are discovered. The resulting trajectories of the presented scheme permit alternative trade-off studies by designers incorporating higher level information and mission priorities.     

无人侦察机航迹点重规划的优化算法

提出了一种针对发现新目标后,机上在线进行航迹点重规划的方法.建立了重规划数学模型,用图像质量方程预估侦察目标的图像质量,以所有目标图像质量的加权之和最大、路径长度最小为目标函数.在传感器侦察范围、飞机机动和目标图像质量要求以及威胁等多约束条件下运用改进后的多目标进化算法NSGA-II寻优,得到侦察航迹点的Pareto最优解集.以目标图像质量、路径长度和路径威胁为评价因素,专家系统给出当前评价因素加权权值,用模糊选优方法在Pareto最优解集中选择该加权意义下的唯一最优路径.仿真结果证明了该方法的可行性和智能性.     

基于序优化理论的晕轨道转移轨道设计

利用晕轨道的稳定流形可以设计从地球到晕轨道的转移轨道。但由于小幅度晕轨道的稳 定流形与地球停泊轨道无法相交,因此需采用两脉冲转移。微分修正法是求解两脉冲转移常 用的优化方法,虽然收敛速度快,但很难获取全局最优解,而且收敛半径小,如果初始猜想 与最优解相差很远,该方法可能会不收敛。将序优化理论与微分修正法相结合,利用序优化 思想缩小搜索空间,得到足够好的初始猜想,然后利用微分修正法快速收敛到满足终端精度 要求的解。仿真结果表明该方法有很好的收敛性,且计算量小。
     

二级入轨空天飞机上升轨迹优化

以最小燃料消耗量为性能指标,考虑了多种约束条件(过载、动压、加热率等 ),采用了组合优化方法对空天飞机上升轨迹进行优化。该组合优化算法包括静态参数与动 态参数优化方法。其中,静态参数优化算法采用了全范围搜索方法,动态参数优化算法包 括动态规划法与共轭梯度法。通过数值仿真计算,得到飞行分离状态数据及相应的最 优 上升轨迹。数值仿真表明,该组合算法对航天器轨迹优化具有良好的适用性及实际工程价 值。
     

用于快速仿真优化的改进差分进化算法及其应用

提出一种改进的差分进化算法,采用一种“位变”方法计算收缩因子,该方法首先根 据适应值对种群排序,然后根据各个体的排列位置确定收缩因子;采用正态分布函数对算法 参数进行随机扰动来维持种群的多样性;该算法还提出一种新的变异算子,并将其与基本的 差分变异算子结合使用以提高算法的寻优精度。经过对多个Benchmark函数的测试、分析和 比较,结果表明该算法具有较高的收敛精度和较快的收敛速度。最后将该算法用于火箭发动 机涡轮气动优化,以较小的计算成本将涡轮气动效率提高了2.5％。应用结果表明该算法 适用于快速仿真优化问题,能有效地节约计算成本。