طراحی مفهومی ماهواره بر هواپایه بر مبنای مقیاس بندی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای هوافضا، دانشکده هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

2 دکترای هوافضا، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 عضو هیئت علمی دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده

ماهواره­های با وزن 10 – 1 کیلوگرم با عنوان نانوماهواره شناخته می­شوند که با توجه به پیشرفت فناوری و کوچک­تر شدن قطعات الکترنیکی، استفاده از ماهوره­مکعب شکل/ماهواره­قوطی­شکل‌ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. روش بهینه و کم­هزینه پرتاب این نوع ماهواره­ها، پرتاب هواپایه است. طراحی مفهومی و شبیه­سازی مسیر صعود یک موشک ماهواره­بر هواپایه بر اساس نوع هواپیمای حامل، فناوری در دسترس ساخت راکت موتورها، سرعت، ارتفاع، زاویه و موقعیت جغرافیایی رهایش متفاوت است که تغییر در هر کدام از این پارامترها به مثابه یک طراحی جدید به حساب می­آید. در این پژوهش، امکان­سنجی و طراحی مفهومی پرتاب هواپایه نانوماهواره 10 کیلوگرمی به مدار پارکینگ با استفاده از هواپیمای جنگنده کارامد بصورت بومی انجام گرفته است. بدین منظور طرح مفهومی راکت ماهواره­بر هواپایه پس از 5 مرحله طراحی حاصل شده است. طراحی بر اساس مقیاس­بندی از تنها نمونه عملیاتی بدست آمده و پیکربندی نهایی دارای وزن 2270 کیلوگرم، طول 6/6 متر و قطر 65/0 سانتی­متر می­باشد. شبیه­سازی مسیر صعود با استفاده از یک کد 3 درجه آزادی تدوین شده به زبان فورترن انجام گرفته و با مدل­سازی مسیر موشک پگاسوس اعتبارسنجی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Aelaei M., Ommi F. and Karimian S., Accuracy Evaluation of Semi-empirical and Numerical Methods in Estimation of Aerodynamic Coefficients for air-launch-to-orbit delta wing (in Persian), Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 9, pp. 207-216, 2017.
[2]     Bartolotta, P., Alan W., Mark S., Randall T. Voland, and Larry H., Horizontal Launch: A Versatile Concept for Assured Space Access, 2011.
[3]     Sarigul-Klijn N, Noel C, Sarigul-Klijn M. Air Launching Eart-to-Orbit Vehicles: Delta V gains from Launch Conditions and Vehicle Aerodynamics. In 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, pp. 872, 2004.
[4]     Ridolfi, L., Pontani M., and Teofilatto P., Effect of different flight conditions at the release of a small spacecraft from a high performance aircraft, Acta Astronautica Vol. 66, No. 5, pp. 665-673, 2010.
[5]     DePasquale, D., and Bradford J., Nano/Microsatellite Market Assessment, Public Release, Revision A, SpaceWorks, 2013
[6]     Niederstrasser, C., and Warren F., Small launch vehicles–a 2015 state of the industry survey, 2015.
[7]     Van Kesteren, M. W., Air Launch versus Ground Launch: a Multidisciplinary Design Optimization Study of Expendable Launch Vehicles on Cost and Performance, 2013.
[8]     Van Kesteren, M.W., Zandbergen, M., Kleef. V., Design and Analysis of an Airborne, solid Propelled, Nanosat Launch Vehicle using Multidisciplinary Design Optimization, 2015.
[9]     Mendenhall, M.R., Lesieutre, DJ., Caruso, S., Dillenius, M.F. and Kuhn, G.D., Aerodynamic design of Pegasus-Concept to flight with computational fluid dynamics, Journal of Spacecraft and Rockets Vol. 31, No. 6, pp. 1007-1015, 1994.
[10] Sarigul-Klijn, N., Sarigul-Klijn, M., and Noel, C., Air-launching earth to orbit: Effects of launch conditions and vehicle aerodynamics, Journal of spacecraft and rockets Vol. 42, No. 3, pp. 569-575, 2005.
[11]            Kim YS, Park J, Lee JW, Bae KJ, Byun YH, On the optimal design and aerodynamic performance of a supersonic air-launching rocket, 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference, p. 4223, 2003.
[12] Lee JW, Noh KH, Byun YH, Park BK., Preliminary design of the hybrid air-launching rocket for Nanosat, International Conference on Computational Science and its Applications (ICCSA 2007), IEEE, pp. 290-295, 2007.
[13] M. Aelaei, S. Karimian and F. Ommi, "Sensitivity Analysis and Optimization of Delta Wing Design Parameters using CFD-Based Response surface method," Journal of applied fluid mechanics, vol. 12, no. 6, pp. 1885-1903, 2019.
[14] Choi YC, Noh KH, Lee JW, Byun YH, Park BK., Optimal air-launching rocket design using system trades and a multi-disciplinary optimization approach, Aerospace Science and Technology, Vol. 13, No 7, pp. 406-14, 2009
[15] Van Kleef, A.J.P., & Oving, B.A., Affordable Launch Opportunities for Small Satellites, 2012.
[16] Ji YM, Kim YS, Lee JW, Park JS., Effect of CG and control surface area on supersonic separation of an air-launching rocket from the mother plane, Aerospace Science and Technology, Vol. 14, No. 1, pp. 19-25, 2010.
[17] Sohier, H., Piet-Lahanier, H. and Farges, J.L., Analysis and optimization of an air-launch-to-orbit separation, Acta Astronautica Vol. 108, pp. 18-29, 2015.
[18] Kawashima, R., CanSat leader training program: past, present and future, C. UANL 19, No. 81, 76-82, 2016
[19] Boltz, F.W., Optimal ascent trajectory for efficient air launch into orbit, Journal of spacecraft and rockets, Vol. 41, No. 1, pp. 153-157, 2004.
[20] Anderson J.D., Aircraft performance and design. Vol. 1, New York: McGraw-Hill. 1999.
[21] Curtis, H.D., Orbital mechanics for engineering students. Butterworth-Heinemann, 2013.