論文の概要: Multidisciplinary Design Optimization of Reusable Launch Vehicles for Different Propellants and Objectives

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.01664v1
• Date: Thu, 3 Sep 2020 13:48:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2022-10-22 07:45:25.895264
• Title: Multidisciplinary Design Optimization of Reusable Launch Vehicles for Different Propellants and Objectives
• Title（参考訳）: 異なる推進剤と目的物に対する再使用型ロケットの多分野設計最適化
• Authors: Kai Dresia, Simon Jentzsch, G\"unther Waxenegger-Wilfing, Robson Hahn, Jan Deeken, Michael Oschwald, Fabio Mota
• Abstract要約: 我々は、部分的に再利用可能な打ち上げ車両の最適化フレームワークを開発する。 設計最適化のために、このフレームワークは遺伝的アルゴリズムと結合することができる。 その結果,最適化の目的は,最も適した推進剤の選択とランチャー全体の設計に影響を及ぼすことがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Identifying the optimal design of a new launch vehicle is most important since design decisions made in the early development phase limit the vehicles' later performance and determines the associated costs. Reusing the first stage via retro-propulsive landing increases the complexity even more. Therefore, we develop an optimization framework for partially reusable launch vehicles, which enables multidisciplinary design studies. The framework contains suitable mass estimates of all essential subsystems and a routine to calculate the needed propellant for the ascent and landing maneuvers. For design optimization, the framework can be coupled with a genetic algorithm. The overall goal is to reveal the implications of different propellant combinations and objective functions on the launcher's optimal design for various mission scenarios. The results show that the optimization objective influences the most suitable propellant choice and the overall launcher design, concerning staging, weight, size, and rocket engine parameters. In terms of gross lift-off weight, liquid hydrogen seems to be favorable. When optimizing for a minimum structural mass or an expandable structural mass, hydrocarbon-based solutions show better results. Finally, launch vehicles using a hydrocarbon fuel in the first stage and liquid hydrogen in the upper stage are an appealing alternative, combining both fuels' benefits.
• Abstract（参考訳）: 初期の開発段階における設計決定は、車両の後期性能を制限し、関連するコストを決定するため、新しい打ち上げ車両の最適設計を特定することが最も重要である。 逆推進着陸による第1段の再利用により、さらに複雑さが増す。 そこで我々は,多分野の設計研究を可能にする部分再利用可能な打ち上げ車両の最適化フレームワークを開発した。 このフレームワークは、すべての必須サブシステムの適切な質量推定と、上昇および着陸操作に必要な推進剤を計算するルーチンを含む。 設計最適化のために、このフレームワークは遺伝的アルゴリズムと結合することができる。 全体的な目標は、様々なミッションシナリオに対するランチャーの最適設計に異なる推進剤の組み合わせと目的関数が与える影響を明らかにすることである。 その結果, 最適化目標が最も適切な推進剤の選択とランチャー設計に影響を与え, ステージング, 重量, サイズ, ロケットエンジンのパラメータについて検討した。 総リフトオフ重量の面では、液体水素が好ましいようである。 最小構造質量または拡張可能な構造質量を最適化する場合、炭化水素系溶液はより良い結果を示す。 最後に、第1段の炭化水素燃料と上段の液体水素を用いた打ち上げ車両は、両方の燃料の利点を組み合わせた魅力的な代替手段である。

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