基于改进协同优化方法的固体运载火箭多学科设计优化①
2011-08-31 06:37:30杨希祥张为华
固体火箭技术
2011年6期
杨希祥，张为华
(国防科学技术大学航天与材料工程学院，长沙 410073)
0 引言
固体运载火箭设计是极其复杂的理论和工程问题，涉及气动、推进、弹道、质量等多个学科，各学科相互耦合和影响。传统设计方法在方案设计阶段往往对设计知识应用不充分，学科分配不合理，采用串行模式，割裂各学科间耦合关系，不能有效集成各学科知识进行设计，导致运载火箭设计水平低、周期长、成本高、风险大。多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization，MDO)是解决上述问题的有效方法。MDO是当今飞行器设计领域最活跃的研究方向之一［1］。
MDO核心是分解协调算法，分为单级优化算法和多级优化算法。多级优化算法中的协同优化方法(Collaborative Optimization，CO)以结构简单、分解协调机制与现有飞行器设计专业划分和协调关系一致等显著特点在飞行器MDO领域得到广泛应用。文献［2］研究了CO在单级入轨运载器设计优化中的应用，并同传统串行设计方式及AAO方式进行了对比，结果表明CO存在明显优势;Perez等采用自适应罚函数法将系统级优化转换为无约束优化问题，改进了CO，并将其应用于飞机飞行动力学与控制MDO［3］;文献［4］采用增强CO求解助推-滑翔导弹设计问题，设计结果表明，CO适用于助推-滑翔导弹多学科设计优化。
本文研究CO在新型多级固体运载火箭设计优化中的应用。研究的运载火箭采用三级固体发动机+液体末助推串联式结构布局，运载火箭一级飞行段姿态控制采用栅格舵。
1 固体运载火箭多学科分析模型
1.1 总体学科……
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