بهينه سازي مقاوم سرعت فلاتر يك نمونه بال آيروالاستيك با نسبت منظري بالا

Robust-design-optimization of Flutter velocity of an aeroelastic high-aspect-ratio wing

طراحي و ساخت بال هواپيما با هندسه و خواص فيزيكي بهينه كه داراي پايداري بالايي باشد براي مهندسان از اهميت ويژه­اي برخوردار است. در مطالعه حاضر با فرض وجود عدم قطعيت در متغيرهاي طراحي سيستم، بهينه سازي مقاوم سرعت فلاتر يك نمونه بال تحت اثر خمش-پيچش با قيد كمينه سازي انحراف استاندارد آن مورد بررسي قرار مي­گيرد. از اين رو ابتدا مدل­سازي بر اساس مدل تير يكسرگيردار اويلر-برنولي در شرايط آيروديناميك شبه پايا، انجام شده و با استفاده از روش مودهاي فرضي، معادلات آيروالاستيك گسسته سازي مي­گردند. پس از اعتبار سنجي نتايج، با حل عددي معادلات حاكم به روش رانج -كوتا پاسخ زماني سيستم و با استفاده از نظريه مقادير ويژه سرعت فلاتر بال محاسبه مي­گردند. در بال­هاي با نسبت منظري بالا، افزايش سرعت فلاتر در حضور عدم قطعيت پارامتري حائز اهميت است. بنابراين در ادامه با انتخاب پارامترهاي طراحي همچون سفتي خمشي، سفتي پيچشي و جرم بال به عنوان متغيرهاي بهينه­ سازي، اثر عدم قطعيت بر متغيرهاي طراحي اعمال شده و بهينه سازي با استفاده ­الگوريتم ژنتيك انجام مي­شود. در ادامه مقادير متغيرها قبل و بعد از بهينه سازي و همچنين ميزان بهبود سرعت فلاتر در بهينه سازي مقاوم و قطعي ارائه مي­گردند كه نهايتاً بر اساس نتايج بهينه سازي، متغيرهاي طراحي براي دست­ يابي به سازه­اي با پايداري مناسب از نظر پديده فلاتر تأييد مي­گردد.

The design and construction of aircraft wings with optimal geometry and physical properties that are highly stable is of high importance to engineers. In this study, with the assumption of uncertainty in system design variables, a robust optimization of the Flutter velocity aeroelastic wing with high-aspect-ratio under the bending-torsion effect is examined with the standard deviation minimization. Therefore, the aeroelastic wing are firstly modeled based on the Euler-Bernoulli cantilever beam model in quasi-steady aerodynamic conditions. After validating the results, in the simulation section, by using the 4th Runge-Kutta numerical solution and the theory of Eigenvalues, the system response time and Flutter velocity are obtained. In the high-aspect-ratio wings, increase the Flutter velocity in the presence of uncertainty in the parameters is important. Therefore, by choosing parameters such as bending and torsional rigidity and mass per unit wing as optimization variables the effect of uncertainty on the design variables and optimized by genetic algorithm. In addition, the values of variables before and after optimization, as well as the rate of improvement of the Flutter velocity are presented in a robust and deterministic optimization. Finally, based on the optimization results, design variables for achieving an appropriate stability structure in terms of the phenomenon Flutter is confirmed.