طراحي بهينه پلتفرم چتر سرشي مقيد با عملكرد و پايداري

Gliding parachute platform design optimization with performance & stability Constraints

در مقاله حاضر به طراحي مفهومي و بهينه سازي پيكربندي چتر سرشي براي محموله سبك پرداخته شده است. از آنجا كه به دليل كاربرد خاص چترهاي سرشي، الگوريتم طراحي مدون و يا رويكرد مبتني بر بهينه‌سازي براي طراحي پلتفرم چترهاي سرشي موجود نيست، لذا در اين مقاله به ارائه الگوريتم طراحي و بهينه سازي پلتفرم چترهاي مذكور پرداخته شده است. بدين منظور، روابط مورد نياز جهت پارامتري نمودن پيكربندي با حداقل پارامترها و محاسبه مشخصه هاي عملكردي ارائه شده اند و علاوه بر تدوين روند طراحي مفهومي و ملزومات اوليه در نهايت با محوريت 3 موضوع آيروديناميك، عملكرد و پايداري بهينه سازي پلتفرم با رويكرد كمترين پارچه و طناب تعليق مورد استفاده يا به عبارتي هزينه كل ساخت چتر انجام گرفته است. در اين راستا، مسئله بهينه سازي با پايداري استاتيكي و سرعت ايمن فرود به عنوان معيار طراحي مقيد شده است. با توجه به وجود نرم افزار عددي واسط براي محاسبه مشخصه هاي آيروديناميكي، از روش الگوريتم ژنتيك جهت بهينه سازي بهره برده شده و قيود با استفاده از روش تابع جريمه كنترل شده‌اند. رويه طراحي با مشخصات يك چتر تست شده در تونل باد، صحت سنجي گرديده و سپس پيكربندي چتر بهينه شده است. نتايج حاكي از دقت مناسب در تخمين مشخصه هاي چتر مي‌باشند، بنابراين مي‌توان گفت در پلتفرم بهينه تا 25% هزينه مواد جهت ساخت كاهش مي‌يابد.

In this paper conceptual design and optimization of gliding parachute configuration are discussed. To this end, a design cycle is planned for conceptual design procedure and an optimization-based design approach is established to provide an integrated design algorithm for gliding parachute platforms. The optimization problem is formulated with a cost minimization approach which is constrained by static stability and safe landing velocity as design criteria. The parachute configuration is defined with minimum required parameters and aerodynamics, stability and performance characteristics are provided based on a semi-theoretical approach. Hence, a computational software is incorporated with theoretical approximations to provide the required disciplinary dataflow in the design cycle. The significant design parameters are verified by available wind tunnel test data. Optimization problem is solved using genetic algorithm method whereas constraints are handled by penalty function approach. Trim points are obtained like an all-at-once approach through a simultaneous analysis and design algorithm. Finally, as a case study, optimized configuration is achieved for a real gliding parachute. Results show a fair estimation of parachute characteristics along with the reduction in manufacturing cost for new configuration up to 25%.