可返回高超声速巡航飞行器轨迹分步与多目标优化

文章面向空基发射入轨任务,对配置超燃冲压发动机的可返回高超声速巡航飞行器的轨迹优化问题进行了构建和求解。首先应用分步优化的策略,将整个轨迹设计问题分为巡航段优化和剩余段优化两步依次进行:第一步以巡航机械能最高为优化目标,针对巡航段轨迹进行单目标优化,得到最优初始巡航状态;第二步以此为巡航段入口条件,针对剩余段轨迹进行驻点峰值热流最小、轨迹振荡最小的二维多目标优化。然后对各段飞行轨迹的优化模型进行了定义,包括目标函数、设计变量和约束条件三要素。其中,第一步巡航段单目标优化采用序列二次规划法,第二步剩余段多目标优化采用第三代直接搜索域的经典方法。最后,结合一个优化算例,求解得到巡航段优化解和剩余段的多目标优化Pareto前缘点集。对该点集的分布特性进行了分析,并给出了轨迹设计解的选择建议,为实际工程设计提供参考。