Dissertação

Coupled Preliminary Design and Trajectory Optimization of Rockets using a Multidisciplinary Approach EVALUATED

Neste trabalho, foi criada uma ferramenta para a optimização do design preliminar de um foguete. Utilizando uma abordagem multidisciplinar acoplada, a ferramenta é capaz de rapidamente encontrar os parâmetros óptimos de design e trajectória para a missão especificada. A optimização do design é efectuada utilizando um algoritmo genético contínuo desenvolvido e testado no trabalho, com opção de processamento paralelo. Os modelos de massa e dimensionamento necessários para estimar a estrutura do foguete são criados a partir da regressão de dados históricos, ou retirados da literatura. A optimização da trajectória é efectuada utilizando o princípio minimo de Pontryagin. As equações de optimalidade são deduzidas e os valores óptimos são localizados utilizado o método de optimização por enxame de partículas. A curvatura da Terra e a contribuição da sua rotação são consideradas na simulação da trajectória. O modelo de arrasto é criado utilizando a data proveniente do software Missile Datcom, testando a influência da geometria do nariz com o número de Mach. Os modelos são validados utilizando foguetes reais e os parâmetros do algoritmo genético são afinados facilitar a convergência da solução. Finalmente, a ferramenta é testada através da optimização de um pequeno foguete e comparando-o com o melhor foguete actual. A ferramenta apresenta resultados promissores na optimização da trajectória e do design. Consegue lidar com os constrangimentos impostos e é capaz de realizar o desenho conceitual de um foguete e o cálculo da trajectória num espaço de tempo razoável.
Abordagem acoplada, Veículo de lançamento, Otimização de trajectória, Algoritmo genético, Enxame de partículas.

Junho 17, 2019, 14:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

André Calado Marta

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Paulo Jorge Soares Gil

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar