摘 要:

飞行器的油箱在执行任务的时候起到了供油的作用，同时可以通过油箱调
度策略对飞行器的质心位置进行调整，使得飞行器可以在理想的质心位置上执
行任务，以此获得更好的飞行性能和安全性能。本文将制定飞行器质心平衡供油
策略拆解为多个子问题，对各个子问题使用序列二次规划、改进的模拟退火算法
等逐步进行求解，最终取得全局较优解。

针对问题一，将油箱分为六种状态，使用积分的方法直接求解出各个时刻每
个油箱的质心位置，而后将每个油箱看作质点，最后对六个油箱的质心位置和飞
行器 (不载油) 的质心位置进行计算求得飞行器在各个时刻的质心变化曲线如图
5­4所示，其中图5­4 (a) 表示的改质心曲线在 3 维坐标下的呈现。

针对问题二，将问题分解为两个子问题： 子问题一： 假设每个时刻的总供油
量确定，那么需要求解在该供油量下的所有油箱的最优供油策略。 子问题二： 需
要为每一时刻设计合理的供油量，假设每个时刻的供油策略都是较优解，那么该
总供油策略的目标是公式12。针对子问题一：采用一种贪心的策略，对于单时刻
下的供油策略采用序列二次规划来搜索较优解。针对子问题二：使用改进的模拟
退火算法求出所有油箱在各个时刻下的供油策略。通过对两个子问题的求解后
可以解出本问题的较优解，最终求得飞行器瞬时质心与理想质心距离的最大值
为 0.065365m, 四个主油箱的总供油量为 6441.574kg。

针对问题三，分解出的子问题一二与问题二相一致，除此之外还可以分解出
子问题三： 通过指定初始总油量，使用基于序列二次规划的初始油量分布算法，
得出初始油量分布。针对子问题三的求解，在问题二的单时刻序列二次规划供油
策略搜索算法基础上加以改进便可搜寻出较优解。最终求得飞行器瞬时质心与
理想质心距离的最大值为 0.029063m, 四个主油箱的总供油量为 6805.217kg。

针对问题四，在问题二的基础上去除了角度 θ = 0 的限制条件后，对子问题
二的约束条件进行优化，使得模型在某一时刻的贪心程度更强。最后求解出飞
行器瞬时质心与理想质心距离的最大值为 0.030596m, 四个主油箱的总供油量为
7632.230kg。

关键字： 序列二次规划 贪婪算法 模拟退火 质心

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2020年F题飞行器质心平衡供油策略优化研究