طراحي پروانه‌هاي دريايي با استفاده از الگوريتم بهينه‌ساز ازدحام ذرات با گروه‌هاي مستقل به منظور بهبود بازده و كاهش كاويتاسيون

Marine propellers design using particle swarm optimization with independent groups to improve efficiency and reduce cavitation

با توجه به وجود پارامترهای بسیار زیاد موثر در طراحی، وجود چندین هدف متناقض با هم و شرایط ناپایدار و بسیار پیچیده محیطی، طراحی پروانه‌های دریایی به یكی از موضوعات چالش برانگیز برای طراحان و محققان این حوزه تبدیل شده است. امروزه الگوریتم‌های فراابتكاری به عنوان یكی از راه‌حل‌های بسیار كارآمد برای حل مسایل پیچیده‌ی مهندسی بكار می‌روند. در این مقاله به‌منظور طراحی پروانه‌های دریایی برای اولین بار از الگوریتم‌ IGPSO استفاده شده است. بدین منظور دو هدفِ حداكثر بازده و حداقل كاویتاسیون (كه با یكدیگر در تضاد هستند) به عنوان تابع شایستگی در نظر گرفته شده‌اند. برای این كار تاثیر دو پارامتر مهم وتر و ضخامت پروانه طی چندین آزمایش در تابع شایستگی محاسبه شده و توسط الگوریتم IGPSO بهینه‌ترین حالت انتخاب شده است. به منظور مقایسه نتایج، از الگوریتم‌های معیار PSO و GA استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد كه پروانه با 5 یا 6 پره كه سرعت عملكرد بین 180 تا 190 RPM دارد، كمترین سطح نویز تولیدی را دارد. پروانه طراحی شده توسط الگوریتم IGPSO درحالت بدون كاویتاسیون dB64/86 و در حالت با كاویتاسیون dB 79/106 نویز تولید می كند كه نسبت به بهترین الگوریتم مورد مقایسه به ترتیب dB 24/1 و dB 80/0 نویز كمتری را به وجود می آورد.

Due to the presence of too many parameters in the problem of the marine propeller design has been one of the challenging subjects for designers and researchers in this field. Nowadays, meta-heuristic algorithms are used to solve complex engineering problems. In this paper, for the first time, Independent Group Particle Swarm Optimization (IGPSO) algorithm is used to design the marine propellers. For this purpose, two targets viz. maximize the efficiency and minimize the cavitation as the fitness function are considered. To do this, during several trials, the effect of two important parameters on the fitness function, i.e. chord and thickness of the propeller, are calculated and the most optimal mode is selected by the IGPSO algorithm. In order to compare the results, the benchmark algorithms such as PSO and GA are used. The results show that the propeller with 5 or 6 blades with rotation speeds between 180 to 190 RPM will have the best performance in the tradeoff between efficiency and cavitation. The designed propeller by using IGPSO algorithm produced 86.64 dB and 106.79 dB noise for cavitation and non-cavitation mode, respectively. So, they produce 1.24 dB and 0.80 dB noise level lesser than other benchmark algorithms.