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uncertainty analysis and design optimization of hybrid rocket motor powered vehicle for suborbital flight

Chinese Journal of Aeronautics 2015年第3期28卷 676-686页

作者： Zhu Hao Tian Hui Cai Guobiao Bao Weimin School of Astronautics Beihang University China Aerospace Science and Technology Corporation

Abstract In this paper, we propose an uncertainty analysis and design optimization method and its applications on a hybrid rocket motor （HRM） powered vehicle. The multidisciplinary design model of the rocket system is established and the design uncertainties are quantified. The sensitivity anal- ysis of the uncertainties shows that the uncertainty generated from the error of fuel regression rate model has the most significant effect on the system performances. Then the differences between deterministic design optimization （DDO） and uncertainty-based design optimization （UDO） are discussed. Two newly formed uncertainty analysis methods, including the Kriging-based Monte Carlo simulation （KMCS） and Kriging-based Taylor series approximation （KTSA）, are carried out using a global approximation Kriging modeling method. based on the system design model and the results of design uncertainty analysis, the design optimization of an HRM powered vehicle for suborbital flight is implemented using three design optimization methods： DDO, KMCS and KTSA. The comparisons indicate that the two UDO methods can enhance the design reliability and robustness. The researches and methods proposed in this paper can provide a better way for the general design of HRM powered vehicles.

关键词： Design optimization Hybrid rocket motor Kriging model uncertainty analysis uncertainty-based designoptimization

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