远程空空反辐射导弹总体优化设计技术研究

摘要

远程空空反辐射导弹是攻防对抗中打击敌方空中预警指挥中心的重要武器装备。该导弹以冲压发动机为动力，采用旁侧进气道同时兼做主升力面，各学科间存在强烈的耦合关系，且飞行性能与发动机工作状态相互作用，导致其总体设计面临一系列困难。为了得到合理可行的总体设计方案，采用理论分析、数值模拟相结合的方法，对总体设计中的基准方案论证与参数确定、冲压发动机性能分析、总体参数一体化设计及多学科设计优化等问题进行了深入研究。主要的研究内容如下：
　　第一，依据作战需求提出并论证导弹战术技术指标；开展了典型飞行任务剖面、气动布局、动力系统、制导与控制系统等学科分析以及总体基本设计参数论证研究。确定了整体式液体冲压发动机为动力装置和采用旁侧进气道同时兼做升力面的方案。经过各学科综合协调反复迭代，提出了具有工程实用价值的远程空空反辐射导弹基准方案，为后续总体优化设计研究工作奠定基础。
　　第二，基于气体热力学理论和准一维模型，按照分段处理发动机每两个截面间的气流参数，建立了包括进气道、燃烧室和尾喷管的冲压发动机性能计算模型。从总体需求出发，对冲压发动机性能进行了全面分析并深入研究了发动机设计参数对总体性能的影响。定量的给出了发动机设计参数和导弹总体性能之间的强耦合关系，为总体优化设计提供了理论指导。
　　第三，开展了导弹总体/发动机/轨迹一体化设计研究，将静态参数优化问题和动态轨迹优化问题拓展到静态/动态混合优化问题。确定了合理的目标函数、约束条件和设计变量，建立了以起飞质量最小的导弹总体/发动机/轨迹一体化优化模型。采用高斯伪谱法对静/动态最优控制问题进行求解。结果表明开展总体/发动机/轨迹一体化可有效提高导弹总体性能。
　　第四，对吸气式导弹多学科设计优化问题进行深入研究。通过典型数学算例对三种协同优化方法的性能进行考核与分析，确定了适用于导弹多学科设计寻优策略。在深入分析各学科之间的耦合关系基础上，建立了导弹总体协同多学科设计优化系统。基于iSIGHT软件集成平台完成了导弹总体多学科设计优化。结果表明建立的多学科设计优化框架可以有效对总体参数进行优化设计，进一步挖掘导弹总体设计潜力。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 总体设计研究思路

1.4 本文的主要研究内容

第二章 远程空空反辐射导弹基准方案设计

2.1 引言

2.2 战术技术指标需求分析与论证

2.3 主要分系统技术方案选择

2.4 总体设计参数分析与论证

2.5 基准方案的整体性能评估

2.6 本章小结

第三章 液体冲压发动机性能分析

3.1 引言

3.2 冲压发动机基本理论

3.3 准一维性能分析模型

3.4 冲压发动机性能分析

3.5 发动机设计参数对总体性能影响分析

3.6 本章小结

第四章 导弹总体/发动机/轨迹一体化优化设计研究

4.1 引言

4.2 总体一体化优化算法

4.3 学科分析模型

4.4 导弹总体/发动机/轨迹一体化优化模型

4.5 静态/动态混合优化策略

4.6 优化结果及分析

4.7 本章小结

第五章 远程空空反辐射导弹总体多学科设计优化研究

5.1 引言

5.2面向MDO的导弹总体设计优化流程

5.3 远程空空反辐射导弹多学科设计寻优策略的确定

5.4 远程空空反辐射导弹总体设计各学科关系

5.5 远程空空反辐射导弹总体多学科设计优化模型

5.6 远程空空反辐射导弹多学科设计优化结果与分析

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文的主要工作和创新点

6.2 进一步工作与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文