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Advanced GNC-oriented modeling and simulation of Vertical Landing vehicles with fuel slosh dynamics

Fari, Stefano und Seelbinder, David und Theil, Stephan (2023) Advanced GNC-oriented modeling and simulation of Vertical Landing vehicles with fuel slosh dynamics. Acta Astronautica. Elsevier. doi: 10.1016/j.actaastro.2022.12.035. ISSN 0094-5765.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis April 2025 - Postprintversion (akzeptierte Manuskriptversion)
2MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009457652200707X

Kurzfassung

This paper introduces a flexible framework to enable high-fidelity simulations of the fuel slosh dynamics for verification of the Guidance, Navigation and Control (GNC) algorithms. The sloshing phenomenon must be tackled during the control system design phase and the GNC software run and validated within appropriate simulation frameworks. Equivalent mechanical models can well approximate sloshing under specific assumptions, allowing the derivation of the multibody vehicle’s equations of motion; however, while suitable for analysis and control synthesis purposes, this approach presents several limitations for implementation as a simulation model. In this work the multibody plant embedding slosh dynamics is modeled by means of the DLR’s Vertical Landing Vehicles Library (VLVLib) written using the object-oriented Modelica modeling language. The advantages of using Modelica are explored throughout the paper. Given that control synthesis, analyses and simulation campaigns are usually performed in the Matlab/Simulink environment, a core point of the proposed solution is to achieve a good synergy within the latter and the Modelica plant model with the least readaptation burden for the developer. The strategies to achieve a full integration and verification tool chain are illustrated. The potential of this approach is demonstrated via two different test cases: a lunar landing scenario of the ALINA spacecraft developed by PTS, and CALLISTO reusable rocket demonstrator.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/193063/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Advanced GNC-oriented modeling and simulation of Vertical Landing vehicles with fuel slosh dynamics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fari, StefanoStefano.Fari (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5595-6905NICHT SPEZIFIZIERT
Seelbinder, Daviddavid.seelbinder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4080-3169NICHT SPEZIFIZIERT
Theil, StephanStephan.Theil (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5346-8091NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:April 2023
Erschienen in:Acta Astronautica
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.actaastro.2022.12.035
Verlag:Elsevier
ISSN:0094-5765
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Slosh dynamics, Modelica, Object-oriented modeling, Simulation, GNC, Vertical landing vehicle, Lunar lander, Reusable launch vehicle
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme > Navigations- und Regelungssysteme
Hinterlegt von: Fari, Stefano
Hinterlegt am:16 Jan 2023 09:28
Letzte Änderung:24 Jan 2023 09:27

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