[发明专利]一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运载火箭总体参数优化方法，尤其涉及一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，属于运载火箭总体领域。

背景技术

运载火箭的研制可分为方案设计阶段、初样设计阶段、试样设计阶段和定型阶段。在方案设计阶段，需要根据已确定的指标要求，通过对多种方案和技术途径的论证、比较，筛选出总体和分系统方案。

运载火箭总体参数是总体方案的基础，为了选择出合适的、满足各种约束条件、优化的总体参数，往往需要对多套总体参数进行对比分析。对比分析过程中，可用火箭运载能力作为一项衡量要素。在运载火箭起飞质量不变的情况，优化总体参数，可提高运载能力。

在当前运载火箭型号设计中常采用传统的总体参数设计方法，首先由运载火箭总体设计专业估算出一轮总体参数，然后交由弹道专业进行运载能力复核，总体专业再根据复核结果调整总体参数，如此迭代多轮，最终得到满足运载能力的总体参数，从而初步确定火箭的技术方案。该方法的缺点是总体、弹道分开单独计算，需要经过数次轮回迭代，设计效率较低。

总体参数优化设计本质上属于多学科联合优化问题。为了提高优化效率，国内外普遍对多学科设计优化（MDO）方法展开了研究和应用，通过一体化优化平台，自动实现目标的迭代优化，设计效率高。但这类方法对于计算模型过于复杂、设计变量过多的情况的集成难度较大；另一方面，若采用简化模型进行集成，则优化计算具有一定失真，不能得到较准确的结果。

在总体参数优化中，总体参数的计算模型比较简单，但对某些构型而言弹道计算模型比较复杂、设计变量较多，尚不具备开展多学科集成优化的条件。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，只需进行少量的样本计算即可获取不同参数对运载能力的影响程度，既保证了计算结果的准确性，又提高了设计效率，达到了快速完成总体参数优化的目的。

本发明的技术方案是：一种基于试验设计的运载火箭总体参数优化方法，包括如下步骤：

（1）从运载火箭的容许设计人员在一定范围内进行选择、优化的总体参数中选择出全部或部分参数作为试验因子，各试验因子记为x₁、x₂、…、x_m，其中m为试验因子的个数；

（2）确定试验因子的取值范围，并根据试验因子的个数以及能够用于开展试验设计的时间，确定试验因子的水平数q以及各试验因子的各水平取值，试验因子的各水平取值在取值范围内均匀分布；

（3）根据试验因子个数和试验因子水平数，选取正交表L_n(q^p)，完成n次试验设计，得到n次试验设计下火箭的运载能力，其中p为试验表的列数；

（4）根据各试验因子的水平取值和试验得到的运载能力，采用公式y=f(x₁,x₂,…,x_m)对试验设计的结果进行参数拟合，得到运载能力和各试验因子的关系式，其中y表示运载能力；

（5）依据运载能力和各试验因子的关系式对各试验因子求算偏导数，根据偏导数相对大小，确定各试验因子对运载能力的影响；

（6）在现有总体参数的基础上，调整试验因子的取值，完成总体参数优化。

所述步骤（3）中L_n(q^p)满足

n=q^k,k=2,3,4,…,p=(n-1)/(q-1)

其中，n为试验次数，试验因子水平数q一般取2或3，k的取值要保证p≥m。

所述步骤（4）中y=f(x₁,x₂,…,x_m)为二次多项式，具体表达式为：

当试验次数时，