1.一种基于改进模拟退火算法的航空器起飞质量估算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1),基于航空器基本性能数据库(Base of Aircraft Data,BADA),从质点运动学的全能量方程出发,考虑风的影响,构建航空器起飞质量估算模型;步骤(2),针对步骤1构建的起飞质量估算模型,综合考虑初始爬升阶段的航迹点,提出目标函数和约束条件;步骤(3),将禁忌搜索算法中的禁忌表功能引入模拟退火算法作为改进算法,应用改进算法对起飞质量估算模型进行求解。
2.如权利要求1所述的基于改进模拟退火算法的航空器起飞质量估算方法,其特征在于,所述步骤(1)中构建航空器起飞质量估算模型包括以下步骤:步骤(11),基于QAR中各航迹点的气压高度H p 和真空速V TAS 数据,航空器在爬升过程中阻力D和推力Thr的计算过程如下:式中:D为阻力,单位为N;V TAS 为真空速,单位为m/s;S为机翼面积,单位为m 2 ;H p 为气压高度,单位为ft;ρ为气压高度H p 下的大气密度,单位为kg/m 3 ;C D 为阻力系数;C L 为升力系数;m为航空器质量,单位为kg;g为重力加速度,单位为m/s 2 ,取值为9.80665m/s 2 ; 为飞行坡度角,单位为度;Thr为推力,单位为N;ΔT eff 为中间参数,单位为K;ΔT为ISA温度偏差,单位为K;C D0 为寄生阻力系数,C D2 为诱导阻力系数,C D0 为寄生阻力系数,C D2 为诱导阻力系数,C 1 、C 2 、C 3 、C 4 、C 5 为爬升推力系数,均来源于BADA飞行性能数据库;步骤(12),航空器爬升过程中燃油消耗率η和燃油流率FF的计算公式如下:式中:η为燃油消耗率,单位为kg/(min·kN);FF为流率,单位为kg/min;C f1 、C f2 为推力比燃油消耗系数,来源于BADA飞行性能数据库;步骤(13),爬升率ROC是气压高度随时间的变化率,表示为:式中:T为气压高度H p 下的大气温度,单位为K;h为大地测量高度,单位为ft,由气压高度H p 转换得到;t为时间,单位为s;步骤(14),根据航空器基本性能数据库BADA,通过分析航空器质点受力以及势能和动能转化关系,考虑风的影响,建立全能量模型:式中:V Wind 为风速,单位为m/s;θ为风速与真空速的夹角,单位为度;全能量方程可以表示为如下形式:为阐述方便,取P和Q进行简化:P为推力和阻力产生的功率,单位为W;Q为中间参数,单位为m 2 /s 3 ;步骤(15),通过动态调整质量m,使得作用于航空器的推力和阻力所产生的功率P接近于航空器所获得的功率mQ;基于全能量方程提出关于航空器质量m的函数f(m):f(m)=P-mQ将爬升推力和阻力计算公式代入P和Q,f(m)具体表达形式为:f(m)=a·m 2 +b·m+c其中 c=C D0 ρV TAS 2 S-Thr步骤(16),选取初始爬升阶段n个航迹点,相邻航迹点之间采用均匀的时间间隔Δt,离散化处理航空器质量变化过程,由初始航迹点的质量m 0 推算得到第i个航迹点的质量m i :m i =m 0 -δ i式中,δ i 为初始航迹点至第i个航迹点所消耗的燃油量:各航迹点i均有对应的a i 、b i 、c i ,点i关于起飞质量m 0 的函数为:f i (m 0 )=a i (m 0 -δ i ) 2 +b i (m 0 -δ i )+c i 。
3.如权利要求2所述的基于改进模拟退火算法的航空器起飞质量估算方法,其特征在于,所述步骤(2)中提出目标函数和约束条件包括以下步骤:步骤(21),针对初始爬升阶段n个航迹点,对各点关于m 0 的函数f i (m 0 )平方求和,进行最小化求解出航空器起飞质量;航空器起飞质量估算模型的目标函数为:步骤(22),对于决策变量m 0 要满足质量约束和爬升率约束条件:式中:m max 、m min 为最大操作质量、最小操作质量,单位为kg,来源于BADA飞行性能数据库;fpm表示ft/min。
4.如权利要求3所述的基于改进模拟退火算法的航空器起飞质量估算方法,其特征在于,步骤(3)中应用改进算法对起飞质量估算模型进行求解包括以下步骤:步骤(31),初始化参数,设定初始温度t 0 、终止温度t f 、冷却系数α、邻域解个数Ca、最大迭代次数N,令当前温度t=t 0 、当前迭代次数iter=0;步骤(32),随机产生初始解M 0 ,令当前解m=M 0 、最优解m*=M 0 ;步骤(33),按照如下方式生成Ca个邻域解:m near =m+(2r-1)×(m u -m l )式中:m near 为邻域解;m为当前解;r为(0,1)范围内的随机数;m u 、m l 为解的上下边界;所有邻域解构成了邻域N*(m),在邻域中选择目标函数值最小的解作为候选解m’;步骤(34),计算Δ=F(m’)-F(m*);若Δ<0且满足质量约束和爬升率约束,则接受m’为当前解,更新禁忌表,转步骤(36),其中F(m)为目标函数值;否则,转步骤(35);步骤(35),若exp(-Δ/t)>rand(0,1),则接受m’为当前解,更新禁忌表,转步骤(36);否则,转步骤(33);步骤(36),迭代次数增加iter=iter+1,应用步骤(31)中的冷却系数α,更新温度t=αt;步骤(37),若t<t f 或iter=N,则停止算法并输出最优解m*,否则返回步骤(33)。