مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تزریق چندسوزشی بهینه یک ماهواره به مدار زمین آهنگ با یک بلوک انتقال مداری

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی هوا فضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله مسئله تزریق بهینه یک ماهواره به مدار زمین آهنگ با یک بلوک انتقال مداری با تراست محدود و قابلیت خاموش و روشنی مجدد و مقایسه آن با حالت زیر- بهینه مورد نظر می باشد. هدف، یافتن زاویه بردار نیروی پیشرانش، زمان های شروع سوزش موتور و مدت زمان بهینه هر یک از مانورهای بلوک انتقال مداری می باشد به گونه ای که مصرف سوخت حداقل شده و شرایط مرزی با دقت مورد نظر برآورده گردد. نوآوری این تحقیق ارائه یک الگوریتم دقیق و با سرعت همگرایی بالا برای حل بهینه مسیر چند سوزشی جهت تزریق ماهواره به مدار زمین آهنگ می باشد. برای حل مسئله شرط مرزی در چند نقطه، از یک روش پرتابی غیرمستقیم با کارایی بالا همراه با روش نیوتن بهبود یافته، استفاده شده است. روش پیشنهادی علاوه بر تامین دقت بسیار بالا، با سرعت خوبی نیز به شرایط مرزی مورد نظر همگرا می شود. سلسله پروازهای مختلف با سوزش های چندگانه، بررسی شده و برای هریک از آنها مسیر بهینه با معیار حداقل مصرف سوخت و همچنین زمان های فعال و غیر فعال استخراج شده است. تصدیق و صحه گذاری الگوریتم پیشنهادی نیز از طریق مقایسه با مراجع انجام شده است. در نهایت نتایج حل بهینه با حالت حل زیر-بهینه که در آن زاویه بردار نیروی پیشرانش در راستای بردار سرعت فرض شده، مقایسه گردیده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimal Multiple-Burn Injection of a Satellite into Geostationary orbit Using an Upper Stage

نویسندگان English

Mojtaba Alavipour 1
Amirali Nikkhah 2
Jafar Roshanian 2
1 Faculty of aerospace engineering, K. N .Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In this paper the problem of optimal multiple-burn injection of a satellite into geostationary orbit using an upper stage with a limited thrust and restart capability, and comparison with sub-optimal case is considered. The goal is finding thrust vector angle, times of the engine firings and optimal duration of active phases of the upper stage so as to minimize fuel consumption and to meet desired boundary conditions. The contribution of this research is developing an accurate and rapid convergence algorithm for solving multiple-burn trajectory for satellite injection into geostationary orbit. To solve the multipoint boundary value problem, an improved indirect shooting method with high performance and modified Newton’s method is presented and used for optimal solution. Moreover, the novel method presented for multi burn problem, not only has very good accuracy, but also, it converges very fast to the desired end conditions. Various flight sequences with multiple burns are considered and the optimal trajectory with minimum fuel consumption criteria, for each flight sequence is derived. The verification and validation of the proposed algorithm is made via comparison with references. Finally, the results of optimal solutions are compared with the results of sub-optimal solution which its thrust direction is aligned to the velocity vector direction.

کلیدواژه‌ها English

Optimal Injection
Restart Capability
Upper Stage
Geostationary Orbit
Multiple Burn