طراحي بهينه چندموضوعي و چندمنظوره پرتابه با استفاده از الگوريتم تكامليNSGA-II

Multidisciplinary and Multi-Objective Design Optimization of a Flying Projectile Using Evolutionary Algorithm (NSGA-II)

در پژوهش حاضر مسيله بهينه‌سازي طراحي مفهومي چندموضوعي و چندمنظوره يك پرتابه هوايي مورد بررسي و تحقيق قرار گرفته است. اين امر بر پايه توسعه يك مدل ديناميك پروازي سه درجه آزادي و مدنظر قرار دادن كليه محدوديت هاي سيستمي صورت گرفته است. به منظور دستيابي به حداكثر وزن محموله و حداكثر برد، زمينه هاي پايداري، وزن و بالانس، آيروديناميك و مسير حركت مطلوب به عنوان موضوعات اصلي در مرحله طراحي مفهومي پرتابه هوايي انتخاب گرديده و براي هر يك، مدلي مناسب با سطح صحت متوسط به كار گرفته شده است. مسيله بهينه سازي نتيجه شده شامل 14 متغير طراحي و دو تابع هدف كه همان وزن محموله و برد پرتابه هوايي است، مي‌باشد. به منظور ارزيابي طرح بهينه شده، تحليل هاي آماري روي طرح پايه و طرح بهينه بر اساس معيار عملكرد و رعايت محدوديت‌ها صورت گرفته و مقايسه شده‌اند كه نشان‌گر عملكرد بهتر طرح بهينه به دست آمده مي‌باشند. در نهايت، با توجه به نامعيني هاي حاكم بر شرايط اوليه رهاسازي و به منظور تحليل حساسيت برد پرتـابه نسبت به تغييـرات شرايط اوليه از حالت ايـده آل و ارزيابي طرح نهايي، شبيـه سازي هاي مونت كارلو برروي طرح بهينه نيز انجام شده است.

In this paper the problem of multidisciplinary and multi-objective conceptual design optimization of an air launched projectile (ALP) is investigated. The proposed task is performed using a three degree of freedom (DOF) flight dynamics simulation model and taking into account all the constraints involved in the optimization process. To maximize the payload weight as well as the range of ALP, the vehicle weight and balance, aerodynamics and stability disciplines are selected in the optimization process using a model with moderate levels of fidelity for each subject. The ALP design optimization problem contains 14 design variables and 2 target functions that include the payload weight and the vehicle range. Finally, a performance based comparison of results between the optimized ALP and its non-optimum initial configuration has been made. In addition, a Monte Carlo analysis is performed over the optimal ALP design to see the effects of launching uncertainties in meeting the mission requirements.