بهینه سازی مقاوم سرعت فلاتر یک نمونه بال آیروالاستیک با نسبت منظری بالا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده

طراحی و ساخت بال هواپیما با هندسه و خواص فیزیکی بهینه که دارای پایداری بالایی باشد برای مهندسان از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. در مطالعه حاضر با فرض وجود عدم قطعیت در متغیرهای طراحی سیستم، بهینه سازی مقاوم سرعت فلاتر یک نمونه بال تحت اثر خمش-پیچش با قید کمینه سازی انحراف استاندارد آن مورد بررسی قرار می­گیرد. از این رو ابتدا مدل­سازی بر اساس مدل تیر یکسرگیردار اویلر-برنولی در شرایط آیرودینامیک شبه پایا، انجام شده و با استفاده از روش مودهای فرضی، معادلات آیروالاستیک گسسته سازی می­گردند. پس از اعتبار سنجی نتایج، با حل عددی معادلات حاکم به روش رانج -کوتا پاسخ زمانی سیستم و با استفاده از نظریه مقادیر ویژه سرعت فلاتر بال محاسبه می­گردند. در بال­های با نسبت منظری بالا، افزایش سرعت فلاتر در حضور عدم قطعیت پارامتری حائز اهمیت است. بنابراین در ادامه با انتخاب پارامترهای طراحی همچون سفتی خمشی، سفتی پیچشی و جرم بال به عنوان متغیرهای بهینه­ سازی، اثر عدم قطعیت بر متغیرهای طراحی اعمال شده و بهینه سازی با استفاده ­الگوریتم ژنتیک انجام می­شود. در ادامه مقادیر متغیرها قبل و بعد از بهینه سازی و همچنین میزان بهبود سرعت فلاتر در بهینه سازی مقاوم و قطعی ارائه می­گردند که نهایتاً بر اساس نتایج بهینه سازی، متغیرهای طراحی برای دست­ یابی به سازه­ای با پایداری مناسب از نظر پدیده فلاتر تأیید می­گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Bisplinghoff R. L., Ashley H., Halfman R. L., Aeroelasticity. Courier Corporation, 2013.
[2]   Amoozgar M., Irani S., Vio G., Aeroelastic instability of a composite wing with a powered-engine, Journal of Fluids and Structures, Vol. 36, pp. 70-82, 2013.
[3]   Mazidi A., Fazelzadeh S. A., Aeroelastic modeling and Flutter prediction of swept wings carrying twin powered engines. Journal of Aerospace Engineering, Vol. 26, No. 3, pp. 586-593, 2013.
[4]    Pourshamsi H., Mazidi A., Fazelzadeh S. A., Flutter analysis Of an aircraft wing carrying, elastically, an external store, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 1,  pp. 49-58, 2015  (In Persian).
[5]    Moharami S., Irani S., Shams Sh., Fallah M. R., The  Flutter  Velocity and effect of laminate layers of composite wing Carrying two powered engines, Modares Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 02, pp. 314-322, 2018  (in Persian).
[6]   Nejati M., Shokrollahi S., Shams S., Nonlinear aeroelastic analysis of high-aspect-ratio wings using indicial aerodynamics, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 40, no. 6, p. 298, 2018.
[7]   Deb K., Multi-objective optimization, in Search methodologies: Springer, pp. 403-449, 2014.
[8]   Ben-Tal A., El Ghaoui L., Nemirovski A., Robust optimization. Princeton University Press, 2009.
[9]   Ben-Tal A., Nemirovski A., Robust optimization–methodology and applications, Mathematical Programming, Vol. 92, no. 3, pp. 453-480, 2002.
[10] Hirsch C., Wunsch D., Szumbarski J., Łaniewski-Wołłk Ł., and Pons-Prats J., Uncertainty Management for Robust Industrial Design in Aeronautics: Findings and Best Practice Collected During UMRIDA, a Collaborative Research Project (2013–2016) Funded by the European Union. Springer, 2018.
[11] Majumder L. and Rao S. S., Interval-based optimization of aircraft wings under landing loads, Computers & Structures, Vol. 87, No. 3-4, pp. 225-235, 2009.
[12] Poirion F., Aeroelastic stability of aircraft with uncertain structural parameters, in International Conference on Structural Safety and Reliability, 7 th, Kyoto, Japan, Nov. 24-28, 1997, ONERA, TP, No. 1997-204, 1997.
[13] Poirion F., Chaos polynomial representation of parametric uncertainties in aeroelasticity, ONERA: Tire a Part, No. 178, pp. 1-10, 2004.
[14] Danowsky B. P., Chrstos J. R., Klyde D. H., Farhat C., Brenner M., Evaluation of aeroelastic uncertainty analysis methods, Journal of Aircraft, Vol. 47, No. 4, pp. 1266-1273, 2010.
[15] Heinze S., Ringertz U., Borglund D., Assessment of Uncertain External Store Aerodynamics Using mu-p Flutter Analysis, Journal of Aircraft, Vol. 46, No. 3, pp. 1062-1068, 2009.
[16] Borglund D., Ringertz U., Efficient computation of robust Flutter boundaries using the mu-k method, Journal of Aircraft, Vol. 43, No. 6, pp. 1763-1769, 2006.
[17] S. Marques, K. Badcock, H. H. Khodaparast, and J. Mottershead, Transonic aeroelastic stability predictions under the influence of structural variability, Journal of Aircraft, vol. 47, no. 4, pp. 1229-1239, 2010.
[18] M. Kurdi, N. Lindsley, P. Beran, Uncertainty quantification of the Goland wing's flutter boundary, in AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit, p. 6309, 2007.
[19] Abbas L., Chen Q., Marzocca P., Milanese A., Non-linear aeroelastic investigations of store (s)-induced limit cycle oscillations, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 222, No. 1, pp. 63-80, 2008.
[20] M. Graham, M. de Oliveira, R. de Callafon, Analysis and design methodologies for robust aeroservoelastic structures, in AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit, p. 6300, 2007.
[21] Witteveen J. A. S., Iaccarino G., Simplex Elements Stochastic Collocation for Uncertainty Propagation in Robust Design Optimization, 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, Orlando, Florida, 2010.
[22] Odaka Y., Furuya H., Robust structural optimization of plate wing corresponding to bifurcation in higher mode Flutter, Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 30, No. 6, pp. 437-446, 2005.
[23] Lee S. W., Kwon O. J., Robust airfoil shape optimization using design for six sigma, Journal of aircraft, Vol. 43, No. 3, pp. 843-846, 2006.
[24] Nikbay M., Acar P., Flutter Based Aeroelastic Optimization of an Aircraft Wing with Analytical Approach, in 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference 20th AIAA/ASME/AHS Adaptive Structures Conference 14th AIAA, p. 1796, 2012.
[25] Kim K., Nonlinear aeroelastic analysis of aircraft wing-with-store configurations, Texas A&M University, 2004.
[26] Strganac T. W., Ko J., Thompson D. E., Identification and control of limit cycle oscillations in aeroelastic systems, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 23, No. 6, pp. 1127-1133, 2000.
[27] Beran P. S., Strganac T. W., Kim K., Nichkawde C., Studies of store-induced limit-cycle oscillations using a model with full system nonlinearities, Nonlinear Dynamics, Vol. 37, No. 4, pp. 323-339, 2004.