飞机垂直剖面性能优化及仿真

2012年03月20日11:12:13 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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孙淑光，戴　博，张　鹏
中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室，天津

中国民航大学工程训练中心，天津　

摘　　　要：利用飞行参数及大气信息，进行飞机垂直轨迹优化，减少燃油消耗，降低飞行成本是商用航空的目标。深入分析相关参数对飞机飞行成本的影响，对垂直轨迹优化计算进行了理论分析和研究。采用能态近似法，推导并给出性能优化的计算方法；通过分析成本指数，确定以较低成本为指标的性能优化方程；利用成本指数计算较低成本下的优化巡航速度，生成优化轨迹，给出仿真结果并分析了重量、成本指数等参数的变化对轨迹优化的影响。结果表明，本方法实现简便，效果良好，可以实现实时轨迹优化。

关　键　词：成本指数；能态近似法；性能优化

１　引　言
上世纪７０年代以来的世界性能源危机使得航空燃油的价格不断上涨，燃油消耗已成为飞行成本的主要组成部分。因此，在保障安全的前提下，进行飞机性能和飞行轨迹的优化，减少燃油消耗，降低飞行成本，是民航飞机的目标。飞行性能和轨迹优化较早使用检索法，可以实现对某一飞行点的静态优化；后来使用迭代法，通过对飞行状态参数的迭代寻优来实现局部动态优化，但这些点优化和段优化只能实现局部优化，连续性较差；随着现代控制理论的发展，又出现了动态变分法，利用变分原理和优化技术来实现某一飞行域或飞行剖面的优化。近些年的研究［１３］，则集中于能量状态法。能量状态法能够对飞行全剖面进行整体优化，且能量状态法是动态优化方法，将多参量的变化问题简化为动能和势能的瞬时变化问题，实时性较强，弥补了检索法静态优化以及迭代法多参数优化的不足。本文分析影响飞行成本的因素，利用能量状态法对飞机垂直飞行轨迹进行优化，综合考虑燃油成本和时间成本，运动模型采用飞机质点运动能量状态方程，其简化飞机运动方程，将状态变量降为两阶，减少了优化计算量，提高了算法实时性。

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