طراحي مفهومي و بهينه‌سازي كشتي هوايي ارتفاع بالا به‌ وسيلة الگوريتم ژنتيك

Conceptual design & optimization of high altitude airship by genetic algorithm

در اين مقاله روشي جهت طراحي مفهومي كشتي‌هاي هوايي ارتفاع بالا ارائه شده ‌است. با در نظر گرفتن يك بار محموله و به‌كمك روش ارائه‌شده، طراحي براي يك نمونة خاص انجام شد و پس از اعتبارسنجي طراحي انجام‌شده، بهينه‌سازي شكل بدنة كشتي هوايي به‌كمك الگوريتم ژنتيك و براساس تابعي تركيبي شامل مساحت سطح، درگ محيطي و تنش حلقه‌اي وارد بر پوسته صورت گرفت. ابعاد هندسي، ضريب درگ حجمي، حداقل تنش حلقه‌اي وارد بر پوسته و وزن اجزاي مختلف از جمله پارامترهاي خروجي اين روش طراحي مي‌باشد. از نتايج به‌دست آمده مشاهده مي‌شود كه طراحي‌ انجام‌شده به‌وسيلة متدولوژي حاضر مطابقت خوبي با يك نمونة عملي انجام‌شده دارد. همچنين به‌كمك اين روش، طراحي جهت كمترين پساي آيروديناميكي، كمترين وزن و كمترين مساحت سطح پوسته به‌صورت جداگانه و به‌وسيلة الگوريتم ژنتيك حاصل شد. در ادامه برخي تحليل‌هاي حساسيت انجام شد و ميزان حساسيت طول كشتي هوايي به‌عنوان مهمترين پارامتر هندسي كشتي هوايي نسبت به پارامترهاي متفاوت طراحي به‌دست آمد. در پايان براساس مقادير به‌دست آمده در يكي از بهينه‌سازي‌هاي انجام‌شده چيدماني كلي براي زيرسيستم‌هاي متفاوت پيشنهاد شد.

This paper presents a methodology for conceptual design of long endurance stratospheric airships and establishes a baseline of specifications for a conventional configuration stratosphere airship, according to given performance and operational requirements. The methodology is validated by other design concepts, which previously developed for similar missions. The shape optimization of airship was introduced into the design process, and several optimum objectives can be selected including minimum drag, minimum surface area and minimum weight. Also, a multi-objective function was used to take account of various factors which influence airship subsystems- e.g. aerodynamics, structures, energy and weight- to determine the optimal shape of airship. An algorithm for generating the shape is developed and appropriate mathematical models for subsystems are constructed. Simulation results show the optimized shape gives an improvement in the multi-objective function compared with a reference shape. The baseline specifications of stratospheric airships designed for various shapes by this methodology are presented.