طراحی بهینه یک موشک دو مرحله ای سوخت مایع با هدف کمینه سازی جرم اولیه و بیشینه سازی برد پرواز
چکیده
در این پایان نامه بهینه سازی چند هدفی یک موشک بالستیک دو مرحله ای سوخت مایع انجام شده است. برد موشک، تنش خمشی و وزن به عنوان توابع هدف و فشار محفظه احتراق موتور، طول و قطر موشک به عنوان متغییرهای طراحی بهینه سازی در نظر گرفته شده اند. حرکت موشک به لحاظ سینماتیکی و سینتیکی به سه مرحله تقسیم میشود. مرحله ی اول شامل حرکت از سطح زمین تا انتهای اتمسفر، مرحله ی دوم در خارج از اتمسفر، مرحله ی سوم برگشت به داخل اتمسفر و رسیدن به زمین میباشد. در مرحله ی اول و سوم مقاومت هوا تاثیرگذار بر حرکت و مسیر موشک میباشد. اما در مرحله ی دوم و خارج از جو میتوان از وجود این نیرو صرف نظر کرد و حرکت موشک را به صورت پرتابی در نظر گرفت. از دیدگاه دیگر، موشک با یک طول و جرم اولیه شرع به حرکت میکند. در یک نقطه ی مشخص از مسیر بخشی از موشک از آن جدا شده و موجب کاهش طول و جرم موشک میشود. باید توجه داشت که جرم موشک به صورت مداوم، با توجه به مصرف سوخت، در حال کاهش میباشد. مدلسازی حرکت و مسیر موشک از ابتدا تا انتها با حل معادلات دیفرانسیل مسیر به دست می آید. از طرفی جرم موشک در هر لحظه قابل محاسبه میباشد. در نهایت، میزان تنش ناشی از خمش با توجه به شتاب گریز از مرکز و طول موشک در هر لحظه قابل محاسبه میباشد. با استفاده از الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه ی متغییر های طراحی محاسبه شد. با انتخاب مقادیر بهینه، میتوان توابع هدف را به صورت قابل ملاحظه ای بهبود بخشید.شایان ذکر است نقاط بهینه ی مختلف با توجه به تابع هدف خاصی ارائه شده اند. در نهایت از میان این نقاط با استفاده از روش نگاشت، نقطه ی مصالحه انتخاب شده است.
