Guidance strategy to mitigate sloshing effects in space vehicles
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Vägledningsstrategi för att mildra bränsleslaskningseffekter i rymdfarkoster (Swedish)
Abstract [en]
Sloshing of the movable liquids in a tank of a spacecraft is an issue that needs to be mitigated to enable proper mission operation. This thesis investigates different methods to find a solution to overcome sloshing negative effects on a spacecraft by trying to understand how the sloshing behaves during a slew maneuver and what are the main sources of excitation. Through a sensibility analysis, the sloshing behavior is monitored by changing the main characteristics of a slew maneuver with a sloshing model computed on a Simulink simulator. Such study gives enough information to investigate the form of a new guidance profile that mitigates the sloshing angles. Moreover, the research of an optimal command through the Pontryagin minimum principle and its resolution through the shooting method and the finite difference method have been investigated in order to find a command that mitigates the sloshing while performing correctly the maneuver. Such optimal problem is complicated to solve since it requires computational means that are powerful. In this report, the problem derived is a matrix system of size 12, which is not easy to solve, especially if the resolution is supposed to take place onboard. While an optimal command has not been found yet, a modified generalized slew profile has been found that is able to decrease the sloshing angles by a factor 2.5, which is not negligible. The outcomes of this research help to learn more and more about the major phases of a slew maneuver needed to be managed in order to reduce sloshing.
Abstract [sv]
Slaskning av rörliga vätskor i en tank på en rymdfarkost är ett problem som måste hanteras för att möjliggöra korrekt drift av uppdraget. Detta examensarbete undersöker olika metoder för att hitta en lösning för att övervinna slaskningens negativa effekter på en rymdfarkost genom att försöka förstå hur slaskning beter sig under en svängmanöver och vilka som är de viktigaste källorna till excitation. Genom en känslighetsanalys övervakas slaskningsbeteendet genom att ändra de viktigaste egenskaperna hos en svängmanöver med en slaskningsmodell som beräknas i en Simulink-simulator. En sådan studie ger tillräckligt med information för att undersöka formen på en ny styrprofil som mildrar slaskningsvinklarna. Dessutom har forskningen av ett optimalt kommando genom Pontryagins minimeringsprincip och dess upplösning genom skjutmetoden och finita differensmetoden undersökts för att hitta ett kommando som minskar slaskning samtidigt som man utför manövern korrekt. Ett sådant optimalt problem är komplicerat att lösa eftersom det kräver beräkningsmetoder som är konsekventa. I denna rapport är det härledda problemet ett matrissystem av storlek 12, vilket inte är lätt att lösa, särskilt inte om lösningen ska ske ombord. Även om ett optimalt kommando ännu inte har hittats, har en modifierad generaliserad svängprofil hittats som kan minska slaskningsvinklarna med en faktor 2.5, vilket inte är försumbart. Resultaten av denna forskning bidrar till att vi lär oss mer och mer om de viktigaste faserna i en svängmanöver som måste hanteras för att minska slaskning.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2024:288
Keywords [en]
Guidance, Optimization, Sloshing
Keywords [sv]
Vägledning, Optimering, Slaskning
National Category
Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-353879OAI: oai:DiVA.org:kth-353879DiVA, id: diva2:1900937
External cooperation
ArianeGroup
Subject / course
Space Technology
Educational program
Master of Science in Engineering - Vehicle Engineering
Supervisors
Examiners
2024-09-252024-09-252024-09-25Bibliographically approved