نرم‌افزار طراحی مفهومی موشک حامل سوخت مایع چند مرحله ای (LVCD) با نگرش چند پارامتری

میرشمس, مهران; کریمی, حسن; ناصح, حسن

نویسندگان

¹ صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

² پژوهشگاه هوافضا - پژوهشکده سامانه های فضانوردی

چکیده

هدف از این مقاله، معرفی نرم‌افزار طراحی مفهومی موشک حامل سوخت مایع چند مرحله‌ایLVCDاست. این نرم‌افزار، برای پایین‌آوردن هزینه چه از نظر نیروی انسانی و چه از نظر زمانی در فاز طراحی مفهومی موشک حامل سوخت مایع تهیه شده است. کاربر با آموزش اولیةنرم‌افزار و آشنایی با مفاهیم اولیه طراحی و همچنین معادلات جرمی- انرژتیک موشک حامل، به آسانی قادر به کار با نرم‌افزار LVCDاست. الگوریتم طراحی مفهومی مورد استفاده در این نرم‌افزار، براساس بهینه‌کردن ترکیب پارامترهای اصلی طراحی در موشک‌های حامل است. به‌منظور بهینه‌کردن پارامترهای اصلی طراحی 10 زیرالگوریتم در این روش طراحی و برنامه‌نویسی شده‌اند. در نتیجة به‌کارگیری روش فوق، توزیع جرم بین مراحل، تغییرات زاویة پیچ در طول مسیر حرکت و همچنین حداقل شتاب محوری در هر مرحله از موشک حامل بهینه می‌شوند. پارامترها با درنظرگرفتن اثر محدودیت‌ها و معیار بهینه‌گی در یک تعامل متقابل بهینه می‌شوند (بهینه‌سازی چند پارامتری). ارزیابی و صحه‌گذاری نرم‌افزار تهیه شده، با استفاده از اطلاعات نمونه‌هایی از موشک‌های حامل دو مرحله‌ای و سه مرحله‌ای موجود انجام شده است

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Multi-Stage Liquid Propellant Launch Vehicle Conceptual Design (LVCD) Software, Based on Multi-Parameter Optimization Idea

نویسندگان [English]

M. Mirshams ¹
H. Karimi
H. Naseh ²

چکیده [English]

The principle goal of this paper is to introduce Launch Vehicle Conceptual Design (LVCD) software based on multi-parameter optimization idea. The main objectives of this software arereduction of the cost and time of conceptual design phase. This software is user friendly such that an operator familiar with fundamentals of design and launch vehicle mass – energy equations and with primary training operator is capable to work with LVCD.The algorithm used in LVCD, is based on combinational optimization of major design parameters. To this end, ten sub-algorithms will be presented in this design approach. Mass distribution of different stages to launch maximum payload mass to the orbit, pitch program trajectory to get to the maximum final velocity, and providing minimum velocity loss due to gravity, and also minimum axial acceleration of various stages of launch vehicle will be optimized as the results of the presented approach. The optimization process is performed subject to the restrictions. Also, the performance index is optimized in a mutual iteration mechanism (multi-parameter optimization). Evaluation and verification of the presented method is performed using available data of two and three-stage launch vehicles.

کلیدواژه‌ها [English]

Conceptual design software
Launch vehicles
optimization
Pitch program
Mass regular distribution

مراجع

[1] میرشمس، مهران. «جزوة درسی طراحی سیستمی ماهوارهبر»، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، پاییز 1384.

[2] میرشمس، مهران و ناصح، حسن. «راهنمای انجام پروژه درسی طراحی سیستمی ماهوارهبر»، کارشناسی ارشد، مهندسی فضایی، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، زمستان 1385.

[3] میرشمس، مهران، کریمی، حسن و ناصح، حسن. «طراحی مفهومی موشک حامل سوخت مایع چند مرحلهای براساس بهینه‌سازی ترکیبی پارامترهای اصلی طراحی»، فصلنامه علمی-پژوهشی علوم و فناوری فضایی، جلد1، شماره 1، پاییز 1387.

[4] Coleman, J. J., "Optimum stage-weight distribution of multi-stage rockets", Journal of the AIAA, ARS J. 31, p.p. 259-261, 1961.

[5] John R. Beisel and Martin BALTIMORE. "A Weight Engineer's View of The Space Age Vehicle", The Seventeenth Conference of S .A.W.E., The Belmont plaza, New York, May 19-22, 1958.

[6] Donald R. Pence. "Preliminary Weight Estimation of Liquid Propellant Stages", 26th Annual Conference at Boston, Massachusetts, May 1-4, 1967.

[7] Glenn R. Reitz and Denver Colorado, "A Method of Weight Estimation for Advance Missile Design", 23rd National Conference, SAWE Dalas texas, May 18-21, 1964.

[8] میرشمس، مهران، کریمی، حسن و ناصح، حسن، «الگوریتم تعیین توزیع جرم بهینه بین مراحل موشک حامل سوخت مایع» ششمین کنفرانس سراسری انجمن هوافضای ایران- دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی- اسفند1385.

[9] و. ای. فئودوسف. مقدمهای بر طراحی موشک، مترجمان، جعفر روشنیان، حسن کریمی، مهران میرشمس، انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، زمستان 1378.

[10] Robert R. Bless and Eric M. Queen. "Variational Trajectory Optimization Tool Set", NASA Technical Memorandum 4442, JULY 1993.

[11] V. V. Malyshev, M. N. Krasilshikov, V. T. Bobronikov and V. D. Dishel, Aerospace Vehicle Control, Modern Theory and Applications, Institute aeronautics and Space, Brazil, 1980.

[12] آقاجان، سیدمحسن و نقاش، ابوالقاسم. بهینهسازی مسیر راکت‌های چند مرحلهای، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، آبان 1378.

[13] سازمان صنایع هوافضا، برنامة طراحی بالستیکی موشکهای زمین به زمین و حامل (برنامه PBRM).

[14] میرشمس، مهران، کریمی، حسن و ناصح، حسن، «روندنمای پیشنهادی تعیین برنامة زاویة پیچ موشک حامل چند مرحلهای در فاز طراحی مفهومی» ششمین کنفرانس سراسری انجمن هوافضای ایران- دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی- اسفند 1385.

[15] Mark J. Lewis and Tharen Rice. "Design of University Launch Vehicle System", Journal of AIAA, Department of Aerospace Engineering, University of Maryland at College Park, 1992.

[16] Shyama Chakroborty and James R. Wertz, Robert Conger. "The Scorpius Expendable Launch Vehicle Family and Status of the Sprite Small Launch Vehicle", 1st Responsive Space Conference, April 1-3, 2003.

[17] John Tsohas and Lioyd J. Droppers. "Sounding Rocket Technology Demonstration for Small Satellite Launch Vehicle Projec"t, AIAA, 24-27 April 2006.

[18] C. Geethaikrishnan. "Multidisciplinary Design Optimization Strategy in Multi-Stage Launch Vehicle Conceptual Design", 1st Progress Seminar Report, Department of Aerospace Engineering Indian Institute of Technology, Bombay, August 2003.

[19] International Reference Guide to Space Launch Systems, AIAA, 1994.

نرم‌افزار طراحی مفهومی موشک حامل سوخت مایع چند مرحله ای (LVCD) با نگرش چند پارامتری

مراجع

مراجع

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2دی 1387صفحه 17-25

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2
دی 1387
صفحه 17-25