题目：面向分布式推进构型的飞行/推进综合优化控制方法研究

分布式推进构型是面向不断加强的经济性和环保性要求而提出的新飞机设计理念，其特点是采用了翼身融合体布局的机身和半埋入式分布式推进系统。新构型使机体与推进系统高度融合从而产生了附面层吞吸效应和超环量效应，可以大幅度改善飞机的气动特性，但同时也使得传统的飞行控制结构不再适用，必须在探索飞行/推进复杂耦合特性的基础上研究分布式推进布局飞机的一体化建模和综合优化控制方法。本文以分布式推进布局飞机SAX-40为研究对象，进行以降低飞行能耗为目标的综合优化控制方法研究。

面向分布式推进新构型，建立了能够模拟附面层吞吸和超环量效应的二维/三维CFD计算模型，并建立了基于部件特性的分布式推进系统非线性模型。基于分布式推进系统模型提供的边界条件，二维CFD计算模型可以准确反映分布式推进构型飞机的新气动效应，三维模型的CFD计算结果可以对二维模型进行可靠性验证。采用“叠加切片”的方法，建立了可以充分反映分布式推进布局飞机上飞行/推进耦合关系的“准三维”综合模型。模型验证表明其可以准确反映SAX-40的气动特性和飞/推耦合关系，为后续综合优化控制研究奠定了基础。

针对附面层吞吸效应，首先给出了附面层吞吸程度的定义，作为评价附面层吞吸效应的标准，提出了一种基于二维CFD模型和分布式推进系统模型的综合分析方法，可以实现对附面层吞吸效应的准确模拟，以充分揭示分布式推进布局飞机的飞行/推进耦合特性规律。基于上述方法分析了不同飞行状态（巡航阶段不同速度、爬升阶段不同高度、低空低速）下附面层吞吸效应对气动特性的影响规律，分析结果表明附面层吞吸效应可以显著改善分布式推进布局飞机的气动特性，并且在飞行全过程中均可发挥重要作用。

针对超环量效应，系统分析了推进系统状态参数、飞行状态参数对超环量效应的影响，包括推力矢量偏角、喷流速度、迎角和飞行速度等因素，并且分析了附面层吞吸效应和超环量效应之间的相互影响。研究结果表明，超环量效应也可以显著改善分布式推进布局飞机的气动特性，其显著的增升效果可以配合舵面和附面层吞吸效应在巡航阶段大幅度降低燃油消耗。

由于附面层吞吸效应和超环量效应加强了飞行与推进系统之间的耦合特性，使得分布式推进布局飞机的气动特性更加复杂。针对该问题，以降低飞行能耗为目标，提出了一种基于飞行/推进综合模型的综合优化控制框架，能够有效处理分布式推进构型的强耦合问题，并针对优化问题的强非线性、多约束和多变量特点，提出了一种新的基于改进遗传算法和随机模式搜索的两阶段优化算法，采用“分区域并行遗传计算”策略可以快速找到满足约束条件的最优可行解，采用“随机模式搜索阶段”策略合理减少搜索模式中的搜索方向，快速并高效的从最优可行解出发找到满足精度要求的全局最优解。仿真结果表明，两阶段优化算法可以准确高效的求取全局最优解，并实现最低能耗飞行的优化目标。