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《国防科学技术大学》 2001年
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飞行器总体优化设计理论与应用研究

陈小前  
【摘要】: 随着飞行器系统的日趋复杂和人们对于飞行器设计过程认识的深化,飞行器的总体 设计技术得到了越来越多的重视。本文以优化理论为工具,以提高飞行器设计水平为目 的,结合战略弹道导弹、拦截弹、空中发射火箭、可重复使用运载器、气动力辅助变轨 飞行器、空间作战飞行器等多种研究对象,对飞行器总体优化设计理论进行了系统研究, 得到了许多有意义的结果: 结合飞行器设计的实际要求,对静态优化理论进行了系统研究,给出了飞行器设计 中选择优化算法的一般原则,改进了现有算法并提出了部分新的算法,形成了优化算法 库OPTLIB。 研究了飞行器设计中的典型动态优化问题——轨迹优化问题及算法,针对飞行器设 计中的静态参数和动态参数互相耦合的问题,引入辅助变量将静态参数和动态参数统一 处理,在此基础上用变分法推导了极大值原理的增广形式,证明了单独的静态或动态最 优并不等于总体最优。 针对飞行器优化设计中的三种初始值问题进行了研究,以远程弹道导弹弹道的工程 优化为例说明,对于静态优化问题,采用正交试验法选取初始值,不仅可以大大加快收 敛的速度,而且更有可能收敛到全局最优解;以气动力辅助变轨问题为例说明,用共态 变量的一阶泰勒级数展开可以解决极大值原理中共态变量初值难于确定的问题;以二级 弹道导弹的主动段弹道优化为例说明,利用问接法在理想情况下得到的解析解来指导直 接法初始控制曲线的选择,将大大有利于提高直接法的收敛速度。 用神经网络技术对固体燃料冲压动机的燃速辨识问题进行了研究。为了提高收敛速 度,采用信赖域方法对标准的BP算法进行了改进。对于BP算法应用中的前后处理过 程进行了探讨。给出了用神经网络进行辨识的一般过程。通过神经网络的辨识结果与最 小二乘法辨识结果的比较,证明了这种方法的优越性。 对固体战略导弹总体/发动机一体化设计进行了研究。以起飞质量最小为目标函数建 立了优化模型,并编制了大型总体/发动机一体化设计软件IDAMS,可对总体参数、弹 道参数和发动机参数同时优化。用某一型号导弹进行了验证了模型和软件,并对结果进 行了参数分析,证明这种方法可以大大改良导弹的总体性能。 对拦截弹总体参数优化设计进行了研究。建立了优化模型,编制了相应软件,同时 优化了拦截弹的总体参数、弹道参数、气动外形参数和发动机参数,改良了导弹的总体 性能,并对原基本型方案进行了评估。 对空中发射技术进行了概念研究,结合我国的技术基础,提出了空中发射的三级固 体火箭总体方案,并对空中发射技术的关键技术及应用前景等进行了简单的分析。 对多学科设计优化的研究进行了综述,介绍了其发展概况、特点、研究方法和研究 内容。针对飞行器设计的特点,简单介绍了将该方法应用于飞行器设计中的方法和步骤。 研究了目前在国外飞行器设计得到广泛应用的一种多学科设计优化方法——响应 面方法,在对现有各种响应面方法进行比较的基础上,提出了一种基于正交多项式的响 应面方法。用该方法对两种采取不同动力方案的单级入轨可重复使用运载器的方案进行 了比较,得到了有意义的结果,并证明了该方法的有效性。 国 防 科 学 技 术 大 学 研 究 生 院 学 位 论 文 一 所有这些结果都可以被进一步拓展并充分发挥其在飞行器设计中的指导作用。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:V221

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 范文慧;肖田元;;复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台[A];仿真科学技术发展及应用论文汇编[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王琦;MDO优化算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
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3 胡添元;飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 薛立鹏;倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2011年
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10 聂冲;基于过程模型的导弹总体优化设计框架及其关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
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1 朱庆镇;倾转旋翼机总体参数优化设计[D];南京航空航天大学;2011年
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3 郭忠全;多学科设计优化方法在卫星总体设计中的应用研究[D];国防科学技术大学;2005年
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6 王伟;多体动力学仿真优化集成及其文档生成技术的研究[D];山东科技大学;2006年
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9 朱延广;支持多方法协作的导弹总体设计优化框架研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 屈翔;多学科优化设计方法在发动机活塞设计中的应用[D];重庆工学院;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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6 陈立海;杨青真;孙志强;季新杰;;基于遗传算法与神经网络的翼型气动优化设计研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 席毅;许芳;陈虹;刘明星;;基于FPGA/SOPC的开放式控制器设计测试系统研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 姚智颖;刘冬;;基于Kazakov线性化的迭代滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 李大卫;郭丽华;王莉;;紧急疏散的嵌套博弈分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 洪蓓;辛万青;;基于hp自适应伪谱法的滑翔弹道快速优化设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李莎莎;反辐射导弹仿真系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
8 徐远纲;大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
9 彭北青;第三方物流配送车辆路径问题模型及算法研究[D];华中科技大学;2009年
10 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
2 刘超;聚氨酯膜预防综放巷道煤层自燃技术的研究[D];山东科技大学;2010年
3 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
4 徐芳芳;优化问题的PVD算法研究[D];山东科技大学;2010年
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8 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
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【同被引文献】
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1 石志飞,吴萱,章梓茂;固-液耦合系统的广义变分原理[J];北方交通大学学报;1997年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赫显姆;多学科设计优化中智能算法与近似模型研究[D];华中科技大学;2011年
2 王琦;MDO优化算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
3 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 岳海龙;倾转旋翼机倾转时旋翼/短舱/机翼耦合结构气弹响应研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 胡添元;飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 薛立鹏;倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 冯佰威;基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D];武汉理工大学;2011年
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9 王晓鹏;遗传算法及其在气动优化设计中的应用研究[D];西北工业大学;2000年
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【二级引证文献】
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4 贾清虎;张红刚;王辉;;稳定平台控制器参数多目标优化[J];电光与控制;2012年04期
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5 本报记者 倪伟 叶壮舟;呵护天马行空的梦想[N];中国航天报;2014年
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周安宁;协同设计技术及其在飞行器设计中的应用研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 陈小前;飞行器总体优化设计理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2001年
3 许林;飞行器MDO过程及相关技术研究与应用[D];国防科学技术大学;2009年
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