针对不同推进剂与目标的可重复使用发射飞行器的多学科设计优化

确定新型发射飞行器的最优设计最为重要，因为早期开发阶段做出的设计决策限制了飞行器后期的性能并决定了相关成本。通过反推着陆实现第一级重复使用进一步增加了复杂性。因此，我们开发了一个用于部分可重复使用发射飞行器的优化框架，其支持多学科设计研究。该框架包含对所有基本子系统的合适质量估算，以及计算上升和着陆机动所需推进剂的例程。对于设计优化，该框架可与遗传算法耦合。总体目标是揭示不同推进剂组合和目标函数对各种任务场景下发射飞行器最优设计的影响。结果表明，优化目标对最合适推进剂选择及整体发射飞行器设计（涉及分级、重量、尺寸和火箭发动机参数）影响最大。就起飞总重而言，液氢似乎更有利。当优化最小结构质量或可扩展结构质量时，基于碳氢化合物的方案表现出更好的结果。最后，第一级使用碳氢燃料而上一级使用液氢的发射飞行器是一种有吸引力的替代方案，结合了两种燃料的优势。