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Multidisciplinary Design Optimization of Reusable Launch Vehicles for Different Propellants and Objectives

Dresia, Kai und Jentzsch, Simon und Waxenegger-Wilfing, Günther und Dos Santos Hahn, Robson Henrique und Deeken, Jan und Oschwald, Michael und Mota, Fabio (2021) Multidisciplinary Design Optimization of Reusable Launch Vehicles for Different Propellants and Objectives. Journal of Spacecraft and Rockets, Seiten 1-13. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.A34944. ISSN 0022-4650.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.A34944

Kurzfassung

Identifying the optimal design of a new launch vehicle is most important because design decisions made in the early development phase limit the later performance of the vehicles and determine the associated costs. Reusing the first stage via retropropulsive landing increases the complexity even more. Therefore, an optimization framework for partially reusable launch vehicles is developed, which enables multidisciplinary design studies. The framework contains suitable mass estimates of all essential subsstems and a routine to calculate the needed propellant for the ascent and landing maneuvers. For design optimization, the framework can be coupled with a genetic algorithm. The overall goal was to reveal the implications of different propellant combinations and objective functions on the optimal design of the launcher for various mission scenarios. The results show that the optimization objective influences the most suitable propellant choice and the overall launcher design, concerning staging, weight, size, and rocket engine parameters. In terms of gross lift-off weight, liquid hydrogen seems to be favorable. When optimizing for a minimum structural mass or an expendable structural mass, hydrocarbon-based solutions show better results. Finally, launch vehicles using a hydrocarbon fuel in the first stage and liquid hydrogen in the upper stage are an appealing alternative, combining the benefits of both fuels.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141082/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multidisciplinary Design Optimization of Reusable Launch Vehicles for Different Propellants and Objectives
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Dresia, KaiKai.Dresia (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3229-5184NICHT SPEZIFIZIERT
Jentzsch, Simonsimon.jentzsch (at) rwth-aachen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Waxenegger-Wilfing, GüntherGuenther.Waxenegger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5381-6431NICHT SPEZIFIZIERT
Dos Santos Hahn, Robson HenriqueRobson.DosSantosHahn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2389-2043NICHT SPEZIFIZIERT
Deeken, JanJan.Deeken (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5714-8845NICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Mota, Fabiomota.fabio (at) ufabc.edu.brNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 Januar 2021
Erschienen in:Journal of Spacecraft and Rockets
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.2514/1.A34944
Seitenbereich:Seiten 1-13
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0022-4650
Status:veröffentlicht
Stichwörter:reusability, multidisciplinary design optimization, liquid rocket engines
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Hinterlegt von: Dresia, Kai
Hinterlegt am:23 Feb 2021 08:02
Letzte Änderung:24 Mai 2022 23:46

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