علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

بررسی مقایسه‌ایی روش طراحی آماری با روش بهینه‌سازی چند موضوعی (MDO) در طراحی مفهومی یک ماهواره بر سبک سوخت مایع

نویسندگان
سید مجتبی‌ هاشمی دولابی
حسین دارابی
جعفر روشنی‌یان
دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی - هوافضا
چکیده
یکی از مهم‌ترین مسائلی که در حال حاضر در سطح محافل هوافضایی مطرح است و در کشور ما نیز از موضوعات به‌روز است، بحث بهینه سازی طراحـی اجسام پرنـده است. از آنجا که اجسام پـرنـده و به‌طـور مثال ماهواره‌بـرهایی که مـورد بحـث ایـن پژوهش هستند، از چندین زیرسیستم با تأثیر متقابل بر یکدیگر تشکیل شده‌اند، برای انجام بهینه‌سازی طراحی آنها از ساختار‌های مختلف بهینه‌سازی طراحی چندموضوعی (MDO)، استفاده می‌شود. در استفاده از روش‌های چند موضوعی برای بهینه‌سازی موضوعات کاری مختلف یکی از مسائل مهم که بسیار تأثیـر گـذار است، انتخاب الگوریتم بهینه‌سازی مناسب است. در این پژوهش، الگوریتم طراحی ماهواره‌بر سبک سوخت مایع در فاز طراحی مفهومی به روش همه در یک مرتبه (AAO)، با درنظرگرفتن چهار موضوع سازه، آیرودینامیک، مسیر پرواز و پیشرانش با هدف کمینه‌سازی جرم لحظة‌ برخاست مدل‌سازی شــده و عملکــرد الگوریتم‌های بهینـه‌سازی گرادیانـی (SQP)، و تکاملی (GA)، بر روی آن از نظر سرعت رسیدن به جواب با حل یک مسئله طراحی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج با روش طراحی سنتی (روش طراحی آماری) مورد مقایسه واقع شده است و نشان داده شده است که چنانچه از جواب طراحی آماری به‌عنوان نقطة شروع در بهینه‌سازی با الگوریتم گرادیانی استفاده شود، می‌توان به بهینه سراسری رسید.
کلیدواژه‌ها
طراحی ماهواره‌بر
بهینه‌سازی طراحی چندموضوعی
الگوریتم ژنتیک
  1. Tedford, N. P. and Martins, J. R. R. A., “Benchmarking Multidisciplinary Design Optimization Igorithms,” Optimization and Engineering, 11, No.1, DOI: 10.1007/s11081-009-9082-6, 2010, Springer, pp. 159-183.
  2. Hanbing, S., Liangxian, G. and Chunlin, G., “A Potential Method in the Design of Reusable Launch Vehicle,” Aerospace Engineering Department, NWPU, 2002.
  3. Brown, N., Evaluation of Multidisciplinary Optimization (MDO) Techniques Applied to a Reusable Launch Vehicle, AE 8900 Special Project Report, School of Aerospace Engineering, Space Systems Design Laboratory, Georgia Institute of Technology, Atlanta, April 29, 2004.
  4. Karimi, H. and Hashemi Doulabi, S. M., Ballistic Missiles and Launch Vehicles Design, Jahat Press, 2006, pp. 60-162, (In Persian).
  5. Balling, R. J. and Sobieszczanski-Sobieski, J., “An Algorithm for Solving the System-level Problem in Multilevel Optimization,” AIAA, Paper, No. 94-4333,
  6. AIAA Technical Committee On Multidisciplinary Design Optimization (MDO), White Paper on Current State of the Art, 1991, Available: [on line], Url:http://Endo.Sandia.Gov/Aiaa_Mdotc/Sponsored/Aiaa_Paper.html.
  7. Cramer, E. J., et al., “Problem Formulation for Multidisciplinary Optimization,” SIAM Journal on Optimization, 4, 1994, pp. 754-776.
  8. Alexandrov, N. M., Lewis, R. M., “Comparative Properties of Collaborative Optimization and Other Approaches to MDO,” Technical Report, in Engineering Design Optimization, MCB University Press, 1999.
  9. Zang, T. A. and Green, L. L., “Multidisciplinary Design Optimization Techniques: Implications and Opportunities for Fluid Dynamics Research,” 30th AIAA Fluid Dynamics Conference Norfolk, VA, AIAA Paper, No.99-3798, 1999.
  10. Balling, R. J., Sobieszczanski-Sobieski, J., “Optimization of Coupled Systems: a Critical Overview of Approaches,” Technical Report, NASA Langley Research Center Hampton, VA 23681-0001, Operated by Universities Space Research Association, 1994.
  11. Arora, S. and Wang, Q., “Review of Formulations for Structural and Mechanical System Optimization,” Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 30, No. 4, 2005, pp. 251-272.
  12. Sobieszczanski-Sobieski, J., and Haftka, R. T., “Multidisciplinary Aerospace Design Optimization: Survey of Recent Developments,” AIAA Paper, 96-0711, Jan. 1996.
  13. Wakayama, S., and Kroo, I., “Subsonic Wing Planform Design Using Multidisciplinary Optimization,” of Aircraft, Vol. 32, No. 4, 1995, pp.746-753.
  14. Riche, R. L., “Global Optimization of Mechanical Systems,” CNRS UMR 5146 and ENSM-SE, 2010, pp. 155-163.
  15. Rowell, L. F. and Korte, J. J., “Launch Vehicle Design and Optimization Methods and Priority for the Advanced,” Engg. Environment NASA/TM-2003-212654, 2003.
  16. Sippel, M., Klevanski, J., Burkhardt, H., Langholf, P. and Rittweger, A., “Progress in the Design of a Reusable Launch Vehicle Stage,” AIAA Paper, No. 2002-5220, 2002.
  17. Akhtar, S. and Linshu, H., “Simulation-Based Optimization Strategy for Liquid Fueled Multi-Stage Space Launch Vehicle,” Proceedings of the Sixth International Conference on Parallel and Distributed Computing, Applications and Technologies (PDCAT’05), IEEE Computer Society, 2005.
  18. Hollander, M. A., Space Propulsion Analysis and Design, McGraw-Hill, 1995.
  19. Braun, R. D., Kroo, I. M., Development and Application of the ِCollaborative Otimization Architecture a Multidisciplinary Design Environment. In: Alexandrov N, Hussaini MY (eds) Multidisciplinarydesign Optimization: State of the Art. SIAM, Philadelphia, 1997, pp 98–116.
  20. Wujek, B. A., Renaud, J. E. and Batill. S., “A Concurrent Engineering Approach for Multidisciplinary Design in Adistributed Computing Environment,” In Book: [Multidisciplinary Design Optimization], Edited by N., Alexandrov and M. Y., Hussaini, Proceeding of the ICADE/NASA Langley Workshop on Multidisplinary Optimization, SIAM, 1997, pp 189–208.
  21. Obieszczanski-Sobieski, and Kodiyalam, S., “BLISS/S: A New Method for Two-Level Structural Optimization, Struct,” Multidisc. Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 21, No. 1, Springerlinke, 2001, pp. 1-13.
  22. Kim, H. M., Target Cascading in Optimal System Design, [PhD. Dissertation], Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA, 2001.

  • تاریخ دریافت 22 اردیبهشت 1393
  • تاریخ بازنگری 27 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 31 فروردین 1395
  • تاریخ اولین انتشار 31 فروردین 1395