Trajectory optimization problem for hypersonic vehicle is addressed in this thesis. The engine of hypersonic vehicle is assumed as a dual-mode scramjet engine which can be operated as a ramjet and scramjet for wide range of flight Mach number. Boost-skipping trajectory was proposed for maximization of hypersonic vehicle, and based on this trajectory, flight mode of dual-mode scramjet is divided into three modes: ram mode, scram mode, zero thrust mode. Hypersonic vehicle was modelled with consideration of changes of physical quantities over mode transition. To deal with discrete mode changes as well as continuous control, hybrid optimal control method is applied to this problem. Simulation results demonstrate that the optimized trajectory with hybrid control has better performance compared to rule-based mode transition trajectory. Also, a vehicle which imitates the characteristics of dual-mode scramjet vehicle is implemented to optimized the trajectory. The results suggest that the hybrid optimal control can be applied to the trajectory optimization of a dual-mode scramjet vehicle considering the mode transition.
이 논문에서는 공기 흡입식 극초음속 비행체의 궤적 최적화를 다루었다. 넓은 마하 수 영역에서 비행하기 위해 극초음속 비행체의 엔진은 램젯과 스크램젯 모두 활용 가능한 이중 모드 스크램젯 엔진으로 가정하였다. 극초음속 비행체의 사거리 최대화를 위해 제안된 '추진-스키핑' 궤적에서 착안하여, 이중 모드 스크램젯 비행체의 비행 모드를 램 모드, 스크램 모드, 무추력 모드로 나누었다. 램젯과 스크램젯의 엔진 특성으로 인해 달라지는 물리량을 고려하여 비행체 모델링이 진행되었으며, 연속적인 제어와 함께 불연속적인 모드 변화를 다루기 위해 하이브리드 제어 기법이 적용되었다. 이를 통해, 주어진 목적함수에 대해 모드 전환을 최적으로 진행하는 비행 궤적을 도출하였고, 기존의 규칙 기반 모드 전환 궤적과 비교하여 향상된 성능을 보임을 확인할 수 있었다. 또한 이중 모드 스크램젯의 특징을 모사하는 비행체를 이용하여 궤적 최적화를 수행하였으며, 그 결과는 하이브리드 제어 기법이 모드 전환을 고려한 이중 모드 스크램젯의 궤적 최적화에 충분히 활용될 수 있음을 보인다.
