基于知识工程的固体火箭发动机装药设计技术研究
第31卷第3期
固体火箭技术
JournalofSolidRocketTechnologyVol.31No.32008
基于知识工程的固体火箭发动机装药设计技术研究
①
谷建光,张为华,王中伟,欧海英,解红雨
(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙 410073)
摘要:为了实现对以往设计经验及知识的继承和重用,在固体火箭发动机装药设计中引入了基于知识工程的设计思想。首先建立了装药设计的SBF表示模型,从产品设计的角度说明了装药设计实质;然后完成了药形选择的神经规则表示;同时,实现了基于案例推理的药形几何参量确定,具体内容包括建立尺寸无关药形几何参量的案例表示模型,给出基于案例推理的药形几何参数确定算法。最后,结合实际应用对上述工作进行了具体实践;并针对实际型号进行了装药设计。通过对设计结果的正确性验证,证明该技术可行、有效。
关键词:固体火箭发动机装药设计;知识工程;知识重用;神经规则;案例推理 中图分类号:V435 文献标识码:A 文章编号:100622793(2008)0320208207
Researchondesignofsolidmotor
basedonknowledgegGUJian2guang,hua,2ying,XIEHong2yu
(IofDefenseTech.,Changsha 410073,China)
Abstract:togooduseofthepreviousdesignexperienceandknowledge,theknowledge2basedengineeringdesign
ideaswereintroducedtodesignofsolidrocketmotor(SRM)grain.Firstly,SBFrepresentationmodelingraindesignwasderived,andtheessenceofgraindesignwasdescribedasviewedfromproductdesign.Secondly,theneuralrulesforgrain2shapeselectionwerefinished.Atthesametime,thegeometricparametersofthegrainweredeterminedbasedoncaseinference,includingestab2lishmentofthecaserepresentationmodelofgraingeometricparameters,determinationofthealgorithmofthegraingeometricpa2rametersbasedoncaseinference.Finally,theaboveconclusionwasexemplifiedinactualapplication,andthegraindesignofanactualmodelwasconducted.AccuracyverificationofdesignresultsshowsthatthetechnologyisfeasibleforSRMgraindesign.
Keywords:solidrocketmotorgraindesign;knowledge2basedengineering(KBE);knowledgereuse;neuralrules;caserea2
soning
1 引言
装药设计重点包括药形选择和药形几何参量确定
[1,2]
两部分。药形选择要综合考虑各种药形适用范围、总体技术要求及内弹道特性;药形几何参量确定还要考虑结构完整性及侵蚀燃烧等影响因素;这中间蕴藏着很多经验、半经验知识。从知识工程(KBE)角度而言,整个装药设计过程是一个包含了对知识继承、集成、重用、创新的过程。随着固体发动机成熟型号的增多,为提高设计效率及结果可靠性,研究面向知识重用的设计方法及平台是装药设计及整个固体发动机设计的发展方向。JacquesL等人于1983年、1985年最早
①
提出了装药设计专家系统思想论文
[4,5]
[3]
;JamesBrillClegern
于1993年、1994年发表了固体发动机概念及优化设计
,将肉厚系数、长径比及体积装填系数与药形
的关系规则表示,用以辅助药形的选择;国内探索了固体发动机设计专家系统的C语言实现,包括系统结构及推理机制
[6,7]
。但是,基于规则的专家系统规则冲突
问题难以解决;知识获取需要人工干预,不具备自学习功能;对量化形式的经验数据无法应用。所有这些缺陷使得充分有效应用经验知识完成装药设计,仍具有一定难度。
收稿日期:2007204211;修回日期:2007207216。
作者简介:谷建光(1972—),男,博士生,研究方向为基于知识工程的固体火箭发动机设计技术。E2mail:[email protected]
—208—
2008年6月谷建光,等:基于知识工程的固体火箭发动机装药设计技术研究
K
Mi
ik
第3期
目前,KBE思想和方法以知识重用为目的,广泛用于产品设计领域,基于KBE的产品设计关键技术包括对已有设计经验、结果及过程的总结(知识获取、学习),经验、结果及过程的组织方式(知识表示),重用已有设计知识指导完成新设计(知识推理)。文中立足于解决传统基于规则装药设计专家系统的不足,有效继承和重用以往装药设计经验知识,探索KBE方法在固体发动机装药设计中的应用,具有很好现实意义。
a=sf0+
∑∑sf
i=1k=1
・Cik1,a≥00,a
D=f(
a); f(a) D=1表示规则的药形选择决策输出成立,a表征依据训练样本所包含知识得出规则成立的确定程度;D=0表示药形选择决策输出失败,|a|表征依据训练样本所包含知识得出规则失败的确定程度。
2 装药设计结构2行为2功能表示模型
依据产品设计结构2行为2功能(SBF)表达模型,将总体设计技术要求归于功能属性集Fun,总体对装药技术要求归于装药设计行为属性集Beh,装药设计结果归于结构属性集Str,固体火箭发动机装药设计SBF模型如下:
Fun={I,F,uF,tb,m,λ,Dc,Ltm,…}其中,集合中元素依次为总冲、平均推力、推力比、工作时间、总质量、质量比、燃烧室直径、发动机长度等。
Beh={A