نویسندگان
1 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف
3 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
روش‌های کاربردی فعلی طراحی برنامة فراز سیستم‌های پرتاب و بالستیک چندمرحلهای از چند جهت دارای نقصان هستند. برای بسیاری از کاربردها، برنامة فراز غالباً برای فازهای مختلف مسیر صعود به صورت جداگانه براساس دینامیک ساده‌سازی‌شدة سیستم تعیین می‌گردد، که منجر به مسیرهای غیربهینه خواهد شد. همچنین، روش‌های طراحی سعی و خطا به کمک برنامة شبیه‌سازی نیز اگرچه دقیق‌اند، اما ارضای همزمان همة محدودیت‌ها و قیود در آنها بسیار وقت‌گیر است. در این تحقیق محیطی فراهم آمده است که یک طراح مبتدی را قادر می‌سازد که برنامة فراز را به صورت یکپارچه برای تمامی مسیر صعود در سناریوهای مختلف، با ارضای همزمان محدودیت‌های مسیر و قیود مرزی انتهایی تولید کند. از آنجا که برنامة هدایت پیش‌تنظیم به‌عنوان یک برنامة حلقه‌باز شناخته شده است، روش پیشنهادشده از تئوری کنترل بهینه مبتنی بر حساب تغییرات، با لحاظ کردن دینامیک غیرخطی به همراه یک تابع عملکرد برای تعیین فرمان بهینة فراز استفاده می‌کند. ارزیابی روش پیشنهادشده از طریق کاربرد آن روی یک سیستم دومرحله‌ای بالستیک صورت گرفته است، که نتایج آن کلیة قیدهای پروازی و انتهایی مسیر را ارضا می‌کند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Development of an Integrated Design Environment for Optimal Ascent Trajectory Planning
نویسندگان [English]
- S. Hossein Pourtakdost 1
- M. Fakhri 2
- Nima Asadian 3
1 Professor, Faculty of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology
2 Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology
3 Department of Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]
Current practical methods of pitch programming design for multi-stage launch and ballistic vehicles suffer from several deficiencies. For many applications they are often determined for various phases of ascent trajectory utilizing simplified dynamics that results in non-optimal trajectories. Trial-and-error design techniques coupled with flight simulation usually results in a more accurate pitch program, but that may not satisfy all the required constraints simultaneously and is also very time consuming. In this study, an integrated design environment is developed which enables a novice designer to generate optimal pitch program for the whole part of the ascent trajectory while satisfying all the required flight path constraints as well as the final time boundary conditions. Since, the preset guidance program is naturally known as an open-loop steering program, this method utilizes optimal control theory using full nonlinear system state equations together with a functional performance index to determine the optimal steering command. Evaluation of the proposed technique is demonstrated through application on a typical two stage ballistic vehicle, for which the resulting trajectory fully satisfies all the flight related and final time constraints.
کلیدواژه‌ها [English]
- Multi-stage flight vehicle
- Pitch program
- Optimal design
- Optimal control theory
- فئودوسف و.ای.، مقدمه‌ای بر طراحی موشک، ترجمة جعفر روشنیان، حسن کریمی مزرعه‌شاهی، و مهران میرشمس، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1378.
- Malyshev Veniamin V., Aerospace Vehicle Control, Modern Theory and Application, from Instituto de Aeronautica e Espaco, Brazil, 1996.
- Siouris George M., Missile Guidance and Control Systems, Springer-Verlag New York, 2004.
- Cornelise J.W., H.F.R. Schoyer, and K.F. Wakker, Rocket Propulsion and Spacecraft Dynamics, Pitman Publications, London, 1979.
- Pitman G.R., Inertial Guidance, John-Wiley & Sons, 1962.
- Walter Markl A., “An Initial Guess Generator for Launch and Reentry Vehicle Trajectory Optimization”, PhD Thesis, Stuttgart University, 2001.
- اصغری س.، "بهینه‌سازی مسیر حرکت یک موشک بالستیک جهت رسیدن به برد ماکزیمم"، پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1377.
- آقاجان س.م.، "بهینه‌سازی مسیر راکت‌های چندمرحلهای"، پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1378.
- Kirk Donald E.; Optimal Control Theory, Englewoods Cliffs, NJ, Prentice-Hall, 1970.
- Bryson A.E., and Y.C. Ho, Applied Optimal Control, Hemisphere, New York, 1975.
- فخری نوشابادی م.، "طراحی برنامة فراز بهینه به روش ترکیبی"، پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، 1384.
- Berend N., and C. Takbot; "Overview of Some Optimal Control Methods Adapted to Expendable and Reusable Launch Vehicle Trajectories", Aerospace Science and Technology, 10, 2006, 222-232.
- فخری نوشابادی م.، "تعیین محدودة برخورد وسیلة بازگشت به جو باL/D کوچک به کمک شبیه‌سازی 6 درجه آزادی"، پایان‌نامة کارشناسی، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1382.
)