Orientación Explícita Iterativa Amortiguada para Cohetes Multietapa con Fallos de Caída de Empuje
Autores: Ma, Zongzhan; Wang, Chuankui; Xu, Zhi; Tang, Shuo; Ma, Ying
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Orientación Explícita Iterativa Amortiguada para Cohetes Multietapa con Fallos de Caída de Empuje
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Guía explícita iterativa amortiguada
Fallos de caída de empuje
Cohetes multietapa
Condición de transversalidad
Fórmula de cuadratura de Gauss-Legendre
Tiempo restante
Licencia
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Se propone un algoritmo de guía explícita iterativa amortiguada (DIEG) para abordar el problema de la insuficiente convergencia de los métodos de guía explícita clásicos en caso de fallos por caída de empuje en cohetes multietapa. Basado en el modo de guía iterativa (IGM) y la guía explícita potenciada (PEG), este método se mejora en tres aspectos: (1) se deriva y aplica una condición de transversalidad precisa en el marco de reducción de dimensiones en lugar de utilizar una suposición simplificada; (2) se adopta la fórmula de cuadratura de Gauss-Legendre (GLQF) para aumentar la precisión del método al abordar el problema de errores excesivos en el cálculo de la integración del empuje utilizando métodos de linealización basados en una suposición de pequeña cantidad bajo condiciones de fallo; y (3) se introduce un factor de amortiguamiento para resolver el tiempo restante y evitar el fenómeno de oscilaciones y mejorar la convergencia. Se realizó una simulación numérica en escenarios de misión de una y múltiples etapas al reducir gradualmente el empuje del motor para comparar el rendimiento de DIEG y PEG. Los resultados muestran que DIEG tiene un rango de convergencia mucho mayor que PEG y tiene una optimalidad de combustible similar a la del método de optimización en la mayoría de los escenarios de fallo. Finalmente, se verifica la robustez de DIEG bajo diversas desviaciones a través de simulaciones de Monte Carlo.
Descripción
Se propone un algoritmo de guía explícita iterativa amortiguada (DIEG) para abordar el problema de la insuficiente convergencia de los métodos de guía explícita clásicos en caso de fallos por caída de empuje en cohetes multietapa. Basado en el modo de guía iterativa (IGM) y la guía explícita potenciada (PEG), este método se mejora en tres aspectos: (1) se deriva y aplica una condición de transversalidad precisa en el marco de reducción de dimensiones en lugar de utilizar una suposición simplificada; (2) se adopta la fórmula de cuadratura de Gauss-Legendre (GLQF) para aumentar la precisión del método al abordar el problema de errores excesivos en el cálculo de la integración del empuje utilizando métodos de linealización basados en una suposición de pequeña cantidad bajo condiciones de fallo; y (3) se introduce un factor de amortiguamiento para resolver el tiempo restante y evitar el fenómeno de oscilaciones y mejorar la convergencia. Se realizó una simulación numérica en escenarios de misión de una y múltiples etapas al reducir gradualmente el empuje del motor para comparar el rendimiento de DIEG y PEG. Los resultados muestran que DIEG tiene un rango de convergencia mucho mayor que PEG y tiene una optimalidad de combustible similar a la del método de optimización en la mayoría de los escenarios de fallo. Finalmente, se verifica la robustez de DIEG bajo diversas desviaciones a través de simulaciones de Monte Carlo.