علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

طراحی یک جسم پرنده به‏روش سرعت لازمه و بهینه‏سازی آن به روش‏های الگوریتم تکاملی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجو
2 دانشگاه شهید بهشتی
چکیده
در این مقاله به طراحی بهینه یک پرنده به کمک طراحی سرعت لازمه پرداخته شده است. در این روش طراحی اطلاعات ورودی شامل نوع ترکیب سوخت، جرم بار مفید و حداکثر برد پروازی می‏باشد و هدف از طراحی، تعیین جرم اولیه و ابعاد اصلی پرنده است. در ابتدای طراحی پیکره‏بندی پرنده انتخاب می‏شود و سپس با مشخص شدن ترکیب سوخت، مشخصات اصلی سوخت به‏عنوان ورودی‏های اصلی طراحی در گام نخست تعیین می‏شود. با طی شدن مراحل طراحی در انتها  و با انجام محاسبات وزنی و هندسی، جرم اولیه پرنده، جرم اولیه مراحل، میزان سوخت و اکسیدایزر طبقات و میزان تراست موتور طبقات مشخص می‏شود. سپس برای اطمینان از روش طراحی مدنظر از اجسام پرنده مشابه از نظر نوع سوخت، تعداد طبقات و همچنین طول برد نهایی برای صحه‏گذاری استفاده شده است. پس از انجام طراحی کلاسیک، بهینه کردن تابع جرم مد نظر قرار گرفته است، به‏منظور بهینه‏سازی، پارامترهای  (تراست نسبی اولیه مراحل در خلأ) ،  (فشار محفظه داخلی موتور طبقات) و  (فشار خروجی نازل موتور طبقات) را با سه روش GA (الگوریتم تکاملی ژنتیک)، ABC (الگوریتم تکاملی کلونی زنبور عسل) و CA (الگوریتم تکاملی فرهنگی) بهینه کرده و نتایج با یکدیگر مقایسه شده است. پس از بررسی نتایج، مشخص می­شود که کمترین جرم (تابع هدف) و بهینه‏ترین مقدار مربوط به‏روش بهینه‏سازی فرهنگی(CA) می‏باشد، که با رساندن جسم پرنده به برد نهایی مد نظر، جرم برخاست را کاهش داده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] A. Ibrahim, A. Ali, and H. Kamel, “Design and optimization of a missile transporter semi-trailer structure. in Journal of Physics,” Conference Series, vol. 2299, no. 1, p. 012002. IOP Publishing, 2022, doi: 10.1088/1742-6596/2299/1/012002.
[2] م. میرشمس, ح. کریمی، و ح. ناصح, "نرم‌افزار طراحی مفهومی موشک حامل سوخت مایع چند مرحله ای (LVCD) با نگرش چند پارامتری،" علوم و فناوری فضایی، دوره.1، شماره. 2، ص. 17-25، 1387.
[3] M.Hosseini, A. Toloie, M. Nosratollahi, A. Adami, “Multidisciplinary design optimization of an expendable launch vehicle,” In Proceedings of 5th International Conference on Recent Advances in Space Technologies-RAST, pp. 702-707, IEEE, June 2011, doi: 10.1109/RAST.2011.5966932.
[4] هاشمی دولابی, ح. دارابی, و ج. روشنی‌یان ، "بررسی مقایسه‌ایی روش طراحی آماری با روش بهینه‌سازی چند موضوعی (MDO) در طراحی مفهومی یک ماهواره بر سبک سوخت مایع" علوم و فناوری فضایی، دوره. 5، شماره. 1، ص. 61-77، 1391.‎
 [5]ج. روشنی یان, ح. دارابی حسین, و ح. زارع، "بهینه‏سازی طراحی مفهومی چند موضوعی ماهواره بر حامل انسان با استفاده از الگوریتم ترکیبی،" فصلنامه مکانیک هوافضا، دوره. 10، شماره. 4، ص. 33-44، 1392.‎
                [6] X. Zheng, G. Yejun, J. Wuxing, and W. Yongsheng, "Multidisciplinary integrated design of long-range ballistic missile using PSO algorithm," Journal of Systems Engineering and Electronics, vol. 31, no. 2, p. 335-349, 2020, doi: 10.23919/JSEE.2020.000011.
[7] M. Balesdent, N. Bérend, P. Dépincé, and A. Chriette, “ A survey of multidisciplinary design optimization methods in launch vehicle design,” Structural and Multidisciplinary optimization, no.45, pp.619-642, 2012, doi: 10.1007/s00158-011-0701-4.
 [8] D. Bayley, J. Hartfield, J. Burkhalter, and R. Jenkins, “Design optimization of a space launch vehicle using a genetic algorithm,” Journal of Spacecraft and Rockets, vol.45. no.4, 2008, doi: doi.org/10.2514/1.35318.
[9] F. Villanueva, A. Hussain, "Small launch vehicle optimal design configuration from ballistic missile components," In 2015 12th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology (IBCAST), pp. 228-234. IEEE, 2015, doi: 10.1109/IBCAST.2015.7058509
[10] M.Adsiz, A. Kutay, "Multidisciplinary optimization and performance analysis tool for ballistic missiles," In AIAA Scitech 2019 Forum, p. 1972, 2019, doi: 10.2514/6.2019-1972
[11] م.کاپیتوف, ی.وارفالومییف ، "طراحی و تست موشک‏های بالستیک و ماهواره‏بر" ترجمه محسن شاه میرزایی. 1384.
[12] M.Fatehi, A. Toloei, S. Niaki, and E. Zio, “ An advanced teaching-learning-based algorithm to solve unconstrained optimization problems,” Intelligent Systems with Applications, no.17, p.200163, 2023, doi: 10.1016/j.iswa.2022.200163.
[14] D.Lee, L. Gonzalez, J. Periaux, K. and Srinivas, “ Efficient hybrid-game strategies coupled to evolutionary algorithms for robust multidisciplinary design optimization in aerospace engineering, IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol. 15, no. 2, p.133-150, 2011, doi: 10.1109/TEVC.2010.2043364.

  • تاریخ دریافت 30 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 24 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 16 خرداد 1403