基于改进鸡群-Gauss伪谱法的组合动力飞机爬升轨迹优化方法
收稿日期: 2024-05-27
修回日期: 2024-07-02
录用日期: 2024-07-29
网络出版日期: 2024-08-10
基金资助
中央高校基本科研业务费(YWF-23-SDHK-L-005);航空科学基金(20220048051001);1912项目
Optimization of climb trajectory of combined-cycle engine powered aircraft based on improved CSO-Gauss pseudospectral method
Received date: 2024-05-27
Revised date: 2024-07-02
Accepted date: 2024-07-29
Online published: 2024-08-10
Supported by
Fundamental Research Funds for Central Universities(YWF-23-SDHK-L-005);Aeronautical Science Foundation of China(20220048051001);1912 Project
组合动力飞机爬升段油耗占比高，亟需关注动力模态切换的安全性以及切换时机的选择，因此开展爬升轨迹优化研究具有重要意义。然而，因为模型非线性、非凸约束和强飞发耦合等因素的制约使得求解困难。首先，建立了体现飞发耦合特性的组合动力飞机模型。其次，为高效求解该问题，改进了经典鸡群优化算法的更新规则，进而与Gauss伪谱法融合形成混合优化算法。最后，对爬升段油耗与飞机关键参数进行了关联性分析。仿真结果表明，与单独使用鸡群算法或Gauss伪谱法相比，使用改进鸡群-Gauss伪谱法的油耗更低。此外，所提模型的爬升段油耗与飞机升阻比呈负相关；模态切换点的选取也对油耗有显著影响，但不呈现单调性。
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Combined-cycle engine powered aircraft has high percentage of fuel consumption during the climb phase， and its safety during power mode switching and choice of switching time require urgent attention. Therefore， optimization of the climb trajectory is of great importance for the combined-cycle engine powered aircraft. However， the challenges of model nonlinearity， non-convex constraints and strong aircraft-engine coupling make the problem difficult to solve. Firstly， a combined-cycle engine powered aircraft model that represents the characteristic of aircraft-engine coupling is established. Secondly， to solve the problem efficiently， the updating rules of the Chicken Swarm Optimization （CSO） are improved. Then， the CSO is fused with the Gauss pseudospectral method to form a hybrid optimization algorithm. Finally， a correlation analysis between the fuel consumption during the climb phase and the key parameters of the aircraft is performed. The simulation results show that the improved CSO-Gauss pseudospectral method achieves lower fuel consumption than either the CSO or the Gauss pseudospectral method. In addition， the fuel consumption of the proposed model during the climb phase is negatively correlated with the lift-to-drag ratio of the aircraft， and the selection of the power mode switching point also has a significant effect on the fuel consumption but does not show monotonicity.
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