高超声速飞行器多段弹道协作优化算法研究

"这篇论文是2008年9月发表在北京航空航天大学学报上的，由周浩、陈万春和殷兴良三位作者撰写。文章主要探讨了高超声速飞行器多段弹道的协作优化设计，采用了一种协作优化方法来解决整体性能最优的问题。研究内容包括将飞行器的弹道划分为引入段、滑行段和下降段，并针对这些段进行优化设计，目标是使引入段终端速度最大化，滑行段距离最远，下降段时间最短。通过将每一段弹道视为一个学科，利用攻角和各段初始状态作为输入，末端状态作为输出，开发了名为coplatform的并行协作优化设计软件。计算结果与all in one方法和全局敏度GSE方法得出的结果一致，证明了协作优化方法的可行性和有效性。" 高超声速飞行器多段弹道协作优化是一个复杂而关键的技术领域，涉及到空气动力学、控制理论、优化算法等多个方面的知识。以下是相关知识点的详细说明： 1. **高超声速飞行器**：这是指飞行速度远超过音速（约1马赫）的飞行器，通常在5马赫或更高。这类飞行器在空气动力学、热力学和材料科学方面面临巨大挑战，如极高的气动加热、复杂的流动现象和材料耐高温性。 2. **多段弹道**：为了实现最佳性能，高超声速飞行器的轨迹通常被划分为多个阶段，例如引入段、滑行段和下降段。每个阶段可能有不同的任务需求，比如引入段可能关注于加速和进入大气层，滑行段可能要求保持高空飞行以达到长距离，而下降段则涉及减速和着陆。 3. **优化设计**：在多段弹道优化中，目标是调整飞行器的轨迹参数，如攻角、初始和终端状态，以实现特定性能指标的最大化或最小化。这通常需要运用数学优化算法，如动态规划、遗传算法或梯度法等。 4. **协作优化方法**：这是一种将问题分解为多个子问题（如三个阶段的优化），然后协同求解的方法。这种方法允许并行处理，提高计算效率，并可能找到全局最优解。 5. **并行协作优化设计软件coplatform**：这是一个专为解决此类问题开发的工具，它能同时处理不同段的优化问题，从而提高整体优化过程的速度和准确性。 6. **all in one方法**和**全局敏度GSE方法**：all in one方法可能是指将整个飞行轨迹作为一个整体进行优化的策略，而全局敏度GSE方法则是通过分析系统对参数变化的敏感性来寻找全局最优解的一种技术。 7. **验证与比较**：论文中提到的计算结果一致性表明，提出的协作优化方法不仅有效，而且与其他已知方法（all in one和GSE）的结果相符，这为该方法提供了有力的理论支持。 这篇论文在高超声速飞行器的多段弹道优化领域提出了一种创新方法，通过协作优化解决了复杂的设计问题，对未来的高超声速飞行器设计具有重要的指导意义。