Modelado y Simulación Física de Cohetes Reutilizables para la Verificación y Validación de GNC
Autores: Farì, Stefano; Sagliano, Marco; Macés Hernández, José Alfredo; Schneider, Anton; Heidecker, Ansgar; Schlotterer, Markus; Woicke, Svenja
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado y Simulación Física de Cohetes Reutilizables para la Verificación y Validación de GNC
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Cohetes
Simulación
Modelado
Algoritmos GNC
Modelado físico
Reutilizable
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los cohetes reutilizables deben basarse en algoritmos de Guía, Navegación y Control (GNC) bien diseñados. Dado que se prueban y verifican en simuladores de alta fidelidad y en bucle cerrado, enfatizar la estrategia para lograr modelos tan avanzados es de suma importancia. Se debe capturar un amplio espectro de comportamientos dinámicos complejos y sus acoplamientos cruzados para lograr simulaciones suficientemente representativas, lo que permite una mejor evaluación del rendimiento y la robustez del GNC. Este documento se centra en los principales aspectos relacionados con el modelado físico (acausal) de cohetes reutilizables y la integración de estos modelos en un marco de simulación adecuado orientado hacia la Validación y Verificación (V&V) del GNC. En primer lugar, se explican los desafíos de modelado y la necesidad de modelos multibody físicos. Luego, se presenta la Biblioteca de Vehículos de Aterrizaje Vertical (VLVLib), una biblioteca basada en Modelica para el modelado físico y la simulación de la dinámica de cohetes reutilizables. La VLVLib se construye sobre principios específicos que permiten rápidas adaptaciones a los cambios en el vehículo y la introducción de nuevas características durante el proceso de diseño, mejorando así la eficiencia del proyecto y reduciendo costos. A lo largo del documento, explicamos cómo estas características permiten el desarrollo rápido de modelos de simulación de vehículos complejos al ajustar los efectos dinámicos seleccionados o cambiar sus niveles de fidelidad. Dado que los algoritmos de GNC normalmente se prueban en Simulink, mostramos cómo se pueden desarrollar, integrar y simular modelos de simulación con un nivel de fidelidad deseado dentro del entorno de Simulink. En segundo lugar, este trabajo detalla los aspectos de modelado de cuatro dinámicas relevantes del vehículo: oscilación de propulsante, Control de Vector de Empuje (TVC), despliegue de patas de aterrizaje y aterrizaje. El cohete reutilizable CALLISTO se toma como caso de estudio: se muestran y analizan resultados de simulación representativos para resaltar el impacto de los modelos de mayor fidelidad en comparación con la suposición de un modelo de cuerpo rígido.
Descripción
Los cohetes reutilizables deben basarse en algoritmos de Guía, Navegación y Control (GNC) bien diseñados. Dado que se prueban y verifican en simuladores de alta fidelidad y en bucle cerrado, enfatizar la estrategia para lograr modelos tan avanzados es de suma importancia. Se debe capturar un amplio espectro de comportamientos dinámicos complejos y sus acoplamientos cruzados para lograr simulaciones suficientemente representativas, lo que permite una mejor evaluación del rendimiento y la robustez del GNC. Este documento se centra en los principales aspectos relacionados con el modelado físico (acausal) de cohetes reutilizables y la integración de estos modelos en un marco de simulación adecuado orientado hacia la Validación y Verificación (V&V) del GNC. En primer lugar, se explican los desafíos de modelado y la necesidad de modelos multibody físicos. Luego, se presenta la Biblioteca de Vehículos de Aterrizaje Vertical (VLVLib), una biblioteca basada en Modelica para el modelado físico y la simulación de la dinámica de cohetes reutilizables. La VLVLib se construye sobre principios específicos que permiten rápidas adaptaciones a los cambios en el vehículo y la introducción de nuevas características durante el proceso de diseño, mejorando así la eficiencia del proyecto y reduciendo costos. A lo largo del documento, explicamos cómo estas características permiten el desarrollo rápido de modelos de simulación de vehículos complejos al ajustar los efectos dinámicos seleccionados o cambiar sus niveles de fidelidad. Dado que los algoritmos de GNC normalmente se prueban en Simulink, mostramos cómo se pueden desarrollar, integrar y simular modelos de simulación con un nivel de fidelidad deseado dentro del entorno de Simulink. En segundo lugar, este trabajo detalla los aspectos de modelado de cuatro dinámicas relevantes del vehículo: oscilación de propulsante, Control de Vector de Empuje (TVC), despliegue de patas de aterrizaje y aterrizaje. El cohete reutilizable CALLISTO se toma como caso de estudio: se muestran y analizan resultados de simulación representativos para resaltar el impacto de los modelos de mayor fidelidad en comparación con la suposición de un modelo de cuerpo rígido.