Design and optimization of a novel supersonic rocket with small caliber

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作者
Hao Yan,Xiaobing Zhang
出处
期刊:Journal of Industrial and Management Optimization [American Institute of Mathematical Sciences]
卷期号:19 (5): 3794-3818 被引量:5
标识
DOI:10.3934/jimo.2022110
摘要

It's difficult to meet the design requirements of a rocket with sensitive parameters using the traditional methods. This paper develops a design and optimization concept for a lightweight solid-propellant rocket with a small caliber and a high Mach number. The structural design and numerical modeling depend on the interior ballistic methodology. The model is validated by comparing pressure-time data from simulation and experiment. A modified evolutionary algorithm with constraints is applied because of the interactive design parameters and conflicting objects. The launch performance is improved by single- and multi-objective optimization. Under unchanged interior ballistic performance conditions, the peak pressure is reduced by 46.4%, and the erosive peak ratio is reduced by 46.4%. Despite the constraints, the Mach number is improved by 4.9%, the total impulse is improved by 6.3%, the peak pressure is reduced by 92.5%, and the erosive effects are reduced by 38.1% using different optimal solutions. A Pareto front is obtained by a constrained NSGA-Ⅱ, which reveals non-linear and non-uniform relations among design objects. A tidying method is proposed for a clear Pareto front. It indicates that, despite the sensitive parameters, launch safety and higher velocity are possible. The results help designers choose the best design schemes.
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