مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی حامل فضایی به روش بهینه مشارکتی و بهینه مقاوم مشارکتی با رویکرد چند هدفی و عدم قطعیت

نویسندگان
1 هیئت علمی / دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 آزمایشگاه تحقیقات فضایی دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
3 دانشجو / دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
توجه به عدم قطعیت‌ها در روند طراحی ماهواره برها، یکی از مهم ترین فاکتورها برای دستیابی به نتایج منطقی و قابل‌اعتماد میباشد. براین اساس، برای دخالت دادن تأثیر عدم قطعیت‌ها، دو روش طراحی بهینه چندموضوعی و طراحی مقاوم ترکیب شده اند. حاصل این ترکیب، دستیابی به طرح حاملی بهینه با کمترین جرم کل و درعین‌حال، مقاوم نسبت به عدم قطعیت ها برای انجام مأموریت میباشد. در گام اول این پژوهش، به کمک ساختار بهینه مشارکتی، حاملی با پیشران مایع و با محوریت دو موضوع برای ارسال محموله 1200 کیلوگرمی به مدار دایروی 750 کیلومتری از سطح زمین و شیب مداری 50/7 درجه طراحی ‌شده است. موضوع اول سه زیرسیستم طراحی موتور، طراحی هندسه و تخمین جرم را در برمی گیرد و موضوع دوم، زیرسیستم های طراحی زاویه فراز، محاسبات آیرودینامیکی و شبیه‌سازی مسیر را شامل میشود. در ادامه، دو روش طراحی بهینه مشارکتی و طراحی مقاوم با اتخاذ رویکرد چند هدفی ترکیب شده اند تا حامل بهینه و مقاوم برای مأموریت مذکور طراحی گردد. نتایج به دست آمده نشان میدهد که جرم مرحله اول طرح ناشی از طراحی مقاوم مشارکتی نسبت به حامل طراحی شده به روش بهینه مشارکتی سه تن سنگین‌تر بوده و روی‌هم‌رفته هفت ثانیه نیز به زمان عملکرد موتورها اضافه می شود، ضمن آن‌که به لحاظ ابعادی نیز اندکی افزایش پیدا می کند. ارزیابی نتایج خروجی از هر زیرسیستم و همچنین مقایسه نتایج نهایی به دست آمده با نتایج حاصل از حامل طراحی شده برای مأموریت مذکور به روش امکان پذیری چندموضوعی، بر صحت نتایج تأکید دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Launch Vehicle Collaborative Robust Optimal Design with Multiobjective Aspect and uncertainties

نویسندگان English

Mehran Mirshams 1
Jafar Roshanian 1
Sajjad Yadegari Dehkordi 2
Ali Asghar Bataleblu 3
چکیده English

Considering uncertainties in the design process is one of the most important factors to achieve reasonable and reliable results. In this article, a collaborative structure, which is a multidisciplinary design optimization, is combined with a robust design approach to design an optimum and robust launch vehicle, while considering the effects of uncertainties. First, a liquid-fuel vehicle is designed under two disciplines to send a 1200 kg mass to the 750 km orbit from the earth surface with 50.7◦ orbital inclination, using the collaborative structure. It should be said that the first discipline includes three subsystems that are engine design, geometry design and estimating the mass. Also, the second discipline includes three subsystems that are pitch program, aerodynamic calculations and trajectory simulation. Then, the optimum collaborative output is combined with the robust design in a multi-objective model to achieve the final vehicle configuration. The results show that the calculated mass of the first stage of the project using the collaborative robust design process is 3 tons heavier than the calculated mass using optimum collaborative design approach and the engines working time is increased. The overall size of the launch vehicle is increased too. The outputs of each subsystem have been evaluated and also, the overall results have been compared with another design process, i.e. MDF. This comparison shows the acceptable accuracy of the proposed approach.

کلیدواژه‌ها English

space launch vehicle
Multidisciplinary Design Optimization
robust design
multiobjective design
collaborative