بهينه سازي و شبيه سازي گرين ستاره اي با استفاده از الگوريتم ژنتيك بر مبناي كدهاي سرعت ‌بالا

Star grain optimization and simulation using genetic algorithm based on high speed codes

تمركز اين مقاله بر بهينه­سازي گرين سوخت جامد بر مبناي كدهاي سرعت بالا است. يكي از راهكارهاي طراحي موتور سوخت جامد با عملكرد بالا، طراحي گرين بهينه براي آن است، به طوريكه از طرفي بيشترين سطح سوزش فراهم شده و از طرف ديگر ساير الزامات مانند استحكام مكانيكي و ساخت­پذيري گرين نيز تأمين گردد. يكي از متداول­ترين انواع گرين، شكل ستاره­اي است. براي بهينه­سازي موتور سوخت جامد با گرين ستاره­اي، يك مدل براي شبيه­سازي گرين مورد نياز است تا در هر لحظه، سطح سوزش سوخت را ارائه دهد. يكي از رو­ش­هاي شبيه­سازي سطح سوزش سوخت، مدل­سازي آن در نرم­افزارهاي CAD و استخراج سطح سوزش با استفاده از ابر نقاط است. اين روش حجم محاسباتي بالايي داشته و بكارگيري آن در الگوريتم بهينه­سازي كه خود يك روش عددي تكراري است، عملاً زمانبراست. براي رفع اين مشكل، در اين مقاله از يك مدل پارامتريك هندسي براي محاسبه سطح سوزش و جريان داخلي صفر بعدي با در نظر گرفتن سوزش فرسايشي استفاده شده است. مشخصه بارز اين مدل، سرعت بالاي محاسبات آن است كه در كوپل با الگوريتم­هاي بهينه­سازي كارآيي بالايي خواهد داشت. نتايج بدست آمده نشان مي­دهد كه اين مدل هندسي پارامتريك، با وجود حجم محاسباتي بسيار پايين­تر نسبت به مدل ابر نقاط، از دقت بالايي نيز برخوردار است. نتايج روش بيان شده بسيار نزديك به اهداف مشخص شده براي طراحي مي­باشد به عنوان مثال براي يك مورد مشخص ميزان درصد انحراف معيار 0.355 بدست آمده است، بنابراين با كمترين ميزان خطا مي­توان به گرين مورد نظر دست پيدا كرد. كليدواژه‌ها

In this paper, the focus is on optimizing solid-fuel grain based on high-speed codes. One of the ways to design a high-performance solid fuel engine is to design the optimal grain for it, so that the highest burning area is provided, and on the other hand other requirements such as mechanical strength and build ability of the grain are provided. One of the most common types of grain is the star shape. To optimize a solid-fuel engine with a star grain, a model is needed to simulate the grain to provide the burning area at any given time. One of the methods of simulating the burning area is modeling it in CAD software and extracting the burning area using cloud points. This method has a high computational volume and its application in optimization algorithm, which is a recurring numerical method, is practically time consuming. To solve this problem, in this paper, a geometric parametric model has been used to calculate the burning area and the Zero-dimensional internal ballistic considering the erosive burning. The distinctive feature of this model is the high speed of its calculations, which is highly efficient in the coupling with optimization algorithms. The results show that this parametric geometric model, in addition to the much lower computational volume than the cloud point model, is also more accurate. The results of the stated method are very close to the specified goals for the design. For example, for a specific case, the standard deviation percentage is 0.355, so the desired grain can be achieved with the least error.