طراحي حامل فضايي به روش بهينه مشاركتي و بهينه مقاوم مشاركتي با رويكرد چند هدفي و عدم قطعيت

Launch vehicle collaborative robust optimal design with multiobjective aspect and uncertainties

توجه به عدم قطعيت‌ها در روند طراحي ماهوارهبرها، يكي از مهمترين فاكتورها براي دستيابي به نتايج منطقي و قابل‌اعتماد ميباشد. بر اين اساس، براي دخالت دادن تاثير عدم قطعيت‌ها، دو روش طراحي بهينه چند موضوعي و طراحي مقاوم تركيب شدهاند. حاصل اين تركيب، دستيابي به طرح حاملي بهينه با كمترين جرم كل و در عين‌حال، مقاوم نسبت به عدم قطعيت ها براي انجام ماموريت است. در گام اول اين پژوهش، به كمك ساختار بهينه مشاركتي، حاملي با پيشران مايع و با محوريت دو موضوع براي ارسال محموله 1200 كيلوگرمي به مدار دايروي 750 كيلومتري از سطح زمين و شيب مداري 7/50 درجه طراحي ‌شده است. موضوع اول سه زيرسيستم طراحي موتور، طراحي هندسه و تخمين جرم را در برميگيرد و موضوع دوم، زيرسيستمهاي طراحي زاويه فراز، محاسبات آيروديناميكي و شبيه‌سازي مسير را شامل ميشود. در ادامه، دو روش طراحي بهينه مشاركتي و طراحي مقاوم با اتخاذ رويكرد چند هدفي تركيب شدهاند تا حامل بهينه و مقاوم براي ماموريت مذكور طراحي شود. نتايج بهدست آمده نشان ميدهد كه جرم مرحله اول طرح ناشي از طراحي مقاوم مشاركتي نسبت به حامل طراحي شده به روش بهينه مشاركتي سه تن سنگين‌تر بوده و روي‌هم‌رفته هفت ثانيه نيز به زمان عملكرد موتورها اضافه ميشود، ضمن آن‌كه به لحاظ ابعادي نيز اندكي افزايش پيدا ميكند. ارزيابي نتايج خروجي از هر زيرسيستم و همچنين مقايسه نتايج نهايي به-دست آمده با نتايج حاصل از حامل طراحيشده براي ماموريت مذكور به روش امكانپذيري چند موضوعي، بر صحت نتايج تاكيد دارد.

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.