This paper deals with ramjet-powered missile system. A ramjet-powered system has very complicated and incoherent thrust characteristics with respect to outer and inner environment during operation. For this reason, ramjet missile has many maneuver constraints and is allowed to be operated within more narrow flight envelope.
In this paper, trajectory optimization of ramjet missile is accomplished. The trajectory optimization problem is formulated as a discrete parameter optimization problem. For this formulation, Legendre Pseudo-Spectral method is introduced. This method is based on calculating the state and control variables on Legendre-Gauss-Lobatto (LGL) points. To find the parameterized state and control variables, CFSQP (C code for Feasible Sequential Quadratic Programming) is used as an optimization tool (or algorithm).
It is shown that, for this trajectory optimization, trend analysis is performed from thrust characteristics on various conditions and, finally, the trajectory optimization is accomplished with fine initial guess with these results.
램제트 엔진은 연소과정에서 산화제를 사용하지 않고 그 자체만의 형상을 이용하여 램압축 한 공기를 이용한다. 이 때문에 램제트 미사일의 비행 조건, 미사일의 자세에 따라서 흡입되는 공기의 양이 달라지게 되어 발생시킬 수 있는 추력 범위도 바뀌게 된다. 그리고 램제트 엔진은 연료공급량과 노즐목 면적에 따라서도 추력 특성(비추력 및 크기)이 바뀌게 되는 매우 복잡한 연소 시스템이다. 따라서 램제트 미사일의 궤적최적화를 위해서는 이와 같은 복잡한 추력특성을 이해하는 것이 중요하기 때문에 본 논문에서 깊이 다루었다.
궤적최적화를 위한 방법으로는 추력 특성을 감안하여 직접접 방법 중에서 collocation method, collocation method 중에서 Pseudo-Spectral(PS) method를 이용하여 문제를 구성하고, CFSQP라는 최적화 툴을 이용하여 최적화를 수행하였다. PS method는 상태변수와 제어변수를 모두 매개변수화 하여 각 노드점에서의 값을 찾고 그것을 Lagrange Interpolation 하는 방법으로 최적화를 위한 문제 구성 및 계산의 정확성을 높이는 장점을 가지고 있다.
최적화를 수행하는 데에 있어서 초기 값 예측이 중요하고 최적화된 결과의 정확성을 판단하기 위해 본 논문에서는 예상되는 경향을 알아보기 위한 방법들이 제시되었고, 결과의 최적화성을 확인하기 위해서 다양한 시간 범위와 초기 값 예상을 다르게 한 뒤 최적화 하여 그 결과를 실제 결과와 비교하였다.
마지막으로, 본 연구를 기초로 하여 보다 다양한 수행지수를 최적화 목표로 하는 연구가 수행될 수 있을 것이라 생각된다.
