基于合作进化算法的月面返回再入轨迹优化设计

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1、2014年5月第40卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2014V01．40No．5基于合作进化算法的月面返回再入轨迹优化设计王峰波董长虹(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：在考虑热流、过载、动压以及开伞点参数等多种约束条件下，针对低升阻比返回舱月面返回再入轨迹优化设计问题，基于分段线性倾侧角参数化策略，提出了采用合作进化算法进行参数优化的策略来实现再入轨迹的快速高精度优化设计．首先采用以能量为自变量的分段线性倾

2、侧角控制参数化策略，将连续最优控制问题转化为有限维参数寻优问题，然后基于逃逸粒子群算法和自适应差分进化算法的合作进化算法求解该问题．数值仿真验证了倾侧角参数化策略的正确性，对比试验分析表明合作进化算法较传统进化算法有更快的收敛速度和更高的优化精度的综合性能，更加适合月面返回再入轨迹优化设计问题的求解．关键词：月面返回；轨迹优化；合作进化算法；逃逸粒子群算法；自适应差分进化中图分类号：V412．4文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)05-0629-06Reentrytrajectoryoptimizationdesignforlunarreturnthroughcoevo

3、lutionaryalgorithmWangFengbo(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)DongChanghong(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Reentrytrajectoryoptimizationwithmultipleconstraints

4、ong-load，dynamicpressure，heatfluxonstagnationpointofcraftandparachutedeploymentpositionwasstudiedforlow--lift．．to·-draglunarreturnvehicle，andanovelcoevolutionaryalgorithmwaspresentedtosolvetheparametersoptimizationproblembasedonthepiece—wiselinearbankmodulationstrategy．Firstly，apiece-wiselinearba

5、nkmodulationversusenergypolicywasintroducedtoconvertthecontinuousoptimalproblemintoafinite··dimensionalparameteroptimiza．．tionproblem．Then，thecoevolutionaryalgorithmconsistsofescapableparticleswarmoptimizationalgorithmandadaptivedifferentialevolutionalgorithmwasemployedtosolveit．Numericalsimulati

6、ondemonstratesthefeasibilityoftheadoptedcontrolparamete“zationstrategy．Aperformancecomparativecasewascarriedout．Thecoevolutionaryalgorithmprovestobeeffectivewithgreataccuracyandiswellsuitedforreentrytrajectoryoptimalprofiledesign．Keywords：lunarreturn；trajectoryoptimization；coevolutionaryalgorithm

7、；escapableparticleswarmop．timizationalgorithm；adaptivedifferentialevolution我国探月工程计划将在2020年前进行月面软着陆并采集月球样品返回地球．月球返回舱再人大气时速度约为30马赫数，所具有的能量是地球轨道返回飞行器的2倍，再人过程将面临严峻的气动过载、气动加热等环境，传统直接再入方式不利于安全飞行，而必须要采用跳跃式再入．跳跃式再入是通过两次或更多次的跳跃