معرفي الگوريتم جستجوي هارموني براي بهينه‌سازي شكل‌هاي آيروديناميكي با استفاده از معادلات ناوير-استوكس

Introduction of Harmony Search Algorithm for Aerodynamic Shape Optimization Using the Navier-Stokes Equations

در اين پژوهش الگوريتم تكاملي بهينه‌سازي جستجوي هارموني براي اولين بار، به‌منظور حل مساله ي بهينه‌سازي شكل‌هاي آيروديناميكي توسعه داده شده است. شكل آيروديناميكي مورد بررسي، ايرفويل بوده و روش پارسس براي معرفي هندسه ي آن استفاده شده است. مساله، مينيمم سازي تابع هدف آيروديناميكي به‌روش طراحي بهينه‌سازي معكوس و تابع هدف، اختلاف توزيع فشار ايرفويل در حال بررسي و ايرفويل هدف بوده است. معادلات دوبعدي تراكم پذير ناوير-استوكس به‌همراه مدل آشفته ي اسپالارت-آلماراس براي مدل سازي جريان مورد استفاده قرار گرفته است. براي افزايش كارايي الگوريتم بهينه‌سازي جستجوي هارموني، اصلاح جامعي بر روي آن انجام شده است. الگوريتم بهينه‌سازي جستجوي هارموني اصلاح شده، با تغيير متغيرهاي طراحي هندسه ي ايرفويل، درصدد رسيدن به متغيرهاي طراحي بهينه و متعاقباً حصول به ايرفويل هدف برآمده است. براي اين مهم، الگوريتم از ايرفويل NACA0012 شروع و با نزديك كردن توزيع فشار به توزيع فشار ايرفويل هدف (RAE2822)، ايرفويل هدف را بازسازي كرده است. براي بررسي دقيق تر و اطمينان از صحت و دقت الگوريتم بهينه‌سازي، اين عمل بهينه‌سازي در جهت عكس نيز انجام شده است. يعني با شروع از ايرفويل RAE2822، ايرفويل NACA0012 بازسازي گشته است. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي دهد كه استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي جستجوي هارموني ابزار كارا و قدرتمندي را براي بهينه‌سازي شكل‌هاي آيروديناميكي در اختيار مي گذارد.

In this work, Harmony Search Meta-Heuristic Optimization Algorithm has been developed for aerodynamic shape optimization problem for the first time. The aerodynamic shape, which has been investigated, is an airfoil with Parces method for its shape parameterization. The problem was minimization of aerodynamic objective function using inverse design method and the objective function has been the deviation of pressure distribution between investigated airfoil and the target airfoil. The 2-Dimensional compressible Navier-Stokes equations have been considered for simulation of flow using Spalart-Almaras turbulence model. A global improvement has been carried out to enhance the efficiency of Harmony Search Algorithm. In improved Harmony Search Algorithm one obtains the optimum design values and target airfoil by changing the airfoil shape design variables. To do this, algorithm starts from NACA0012 airfoil and reconstructs the target airfoil (RAE2822) by making pressure distribution closer to the target airfoil pressure distribution. For more accurate investigation and to make sure about the accuracy of algorithm, this optimization process has also been done in inverse direction. It means that, NACA0012 airfoil has been reconstructed starting from RAE2822 airfoil. The obtained results show that the utilization of Harmony Search Algorithm allows us to obtain an efficient and powerful tool for Aerodynamic Shape Optimization.