بهينه‌سازي پارتويي گسسته-پيوسته‌ي گيربكس اصلي هليكوپتر سيكورسكي ASH-3D

Pareto discrete- continuous optimization of Sikorsky ASH-3D helicopter main gearbox

امروزه بهينه‌سازي يكي از موضوعات مهم در علوم مهندسي و صنعت بوده و براي رقابت در عرصه‌ي طراحي و توليد، استفاده از اين روش در طراحي تمامي قطعات مكانيكي امري حياتي است. از اين رو مي‌بايست به‌دنبال طرحي بهينه بود كه در عين سادگي، امكان توليد داشته باشد. در صنايع هوافضا دو مسيله‌ي وزن و عمر قطعات بسيار حايز اهميت هستند و از آنجايي‌كه گيربكس يكي از مهم‌ترين بخش‌ها در سيستم پيشرانه‌ي هليكوپتر مي‌باشد مسيله‌ي بهينه‌سازي وزن و اطمينان از استحكام خستگي آن از اهميت دوچندان برخوردار مي‌شود. طرح‌هاي موجود بيشتر برمبناي يكي از اين اهداف ارايه شده‌اند اما در واقع طرحي بهينه خواهد بود كه هدف‌هاي مختلف را دربر گيرد. از اين‌رو در اين مقاله، مقادير مناسب پارامترهاي طراحي شامل مدول عمودي و عرض چرخدنده‌هاي گيربكس اصلي هليكوپتر سيكورسكي ASH-3D با استفاده از بهينه‌سازي چندهدفه‌ي گسسته-پيوسته‌ي تركيبي در جهت طراحي بهينه‌ي گيربكس از نظر كاهش وزن، افزايش ضريب اطمينان كمينه و كاهش اختلاف ضرايب اطمينان بيشينه و كمينه‌ي مجموعه‌ي چرخدنده‌ها تعيين شده و در نهايت نيز نتايج با طرح توليدشده توسط سيكورسكي مقايسه شده است. نتايج به‌دست‌آمده در بهينه‌سازي تك‌هدفه حاكي از كاهش 24/27 درصدي جرم چرخدنده‌هاي طرح بهينه در مقايسه با گيربكس صنعتي به‌كاررفته در هليكوپتر سيكورسكي ASH-3D مي‌باشند. نتايج بهينه‌سازي‌هاي دوهدفه و سه‌هدفه نيز به‌صورت جبهه‌ي پارتو ارايه و جواب‌هايي با حالت‌هاي حدي به‌عنوان نمونه آورده شده‌اند.

Nowadays, optimization is becoming one of the most important techniques in engineering and industry to provide competing products in design and manufacturing. Therefore, it is necessary to search for optimum designs with productibility. In aerospace industry reducing weight and improving the reliability of products are major concerns. Regarding the gearbox one of the most important parts in the helicopter propulsion system, these objects should be considered further. However, most of the existing designs consider only one object, hence, it is vital to implement optimization techniques to include different objectives to improve the existing designs and provide optimum products. In this paper, optimum design parameters including module and face width of gears for the main gearbox of Sikorsky ASH-3D helicopter have been determined (modified) using single and multi-objective mixed discrete- continuous optimization method to minimize weight of the gearbox, increase the safety factor and reduce the difference between safety factors of different gears. The results show that the weight of the gears can be reduced by 27.24% compared with the existing gearbox. The results of the multiobjective optimization have also been presented as Pareto front diagram which can be used by manufacturers to satisfy the preferred requirements.