Отправить статью по E-mail 
Автоматизация концептуального проектирования и модификации беспилотных летательных аппаратов самолётного типа с использованием многодисциплинарной оптимизации и эволюционных алгоритмов. Часть 1: Методы и модели
- Авторы: Комаров В.А.1, Лукьянов О.Е.1, Хоанг В.Х.1, Куркин Е.И.1, Куихада Пиокуинто Х.Г.1
-
Учреждения:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
- Выпуск: Том 23, № 3 (2024)
- Страницы: 42-57
- Раздел: АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
- URL: https://journals.ssau.ru/vestnik/article/view/27907
- DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2024-23-3-42-57
- ID: 27907
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Предлагается методика выбора рациональных параметров крупноразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолётного типа на начальных стадиях проектирования с использованием оптимизационного алгоритма дифференциальной эволюции и численного математического моделирования задач аэродинамики. Методика предполагает выполнение весового и аэродинамического баланса на основных режимах полёта, имеет возможность рассматривать БПЛА самолётного типа с одной или двумя несущими поверхностями, применять параллельные вычисления и автоматически генерировать трёхмерную геометрическую модель облика летательного аппарата по результатам оптимизации. Предлагается и демонстрируется способ ускорения более чем в три раза процесса решения задачи оптимизации параметров летательного аппарата по взлётной массе путём введения целевой функции в набор проектных переменных. Приводятся результаты оценки достоверности используемых математических моделей аэродинамики и корректности вычисления целевой функции с учётом различных ограничений. Комплексная проверка работоспособности и эффективности методики рассматривается на решении демонстрационных задач по оптимизации более десяти основных проектных параметров облика двух существующих беспилотных летательных аппаратов тяжёлого класса с известными из открытых источников характеристиками. Показаны примеры использования результатов оптимизации для модификации прототипов.
Ключевые слова
Об авторах
В. А. Комаров
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Автор, ответственный за переписку.
Email: vkomarov@ssau.ru
ORCID iD: 0009-0007-9313-5754
доктор технических наук, профессор, директор научно-образовательного центра авиационных конструкций
РоссияО. Е. Лукьянов
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: lukyanov.oe@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0003-3762-0249
кандидат технических наук, доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияВ. Х. Хоанг
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: hunghoang2508@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-7714-0963
аспирант кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияЕ. И. Куркин
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: kurkin.ei@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0002-0893-9878
кандидат технических наук, доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияХ. Г. Куихада Пиокуинто
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Email: hosekihada@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8225-1732
аспирант кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов
РоссияСписок литературы
- Проектирование самолётов / под ред. М.А. Погосяна. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 864 с.
- Raymer D. Aircraft design: A conceptual approach. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2018. 1062 p. doi: 10.2514/4.104909
- Torenbeek E. Advanced aircraft design: Conceptual design, analysis and optimization of subsonic civil airplanes. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2013. 436 p.
- Шейнин В.М., Козловский В.И. Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолётов. Т. 1. Весовой расчёт самолёта и весовое планирование. М.: Машиностроение, 1977. 343 c.
- Комаров В.А., Боргест Н.М., Вислов И.П., Власов Н.В., Козлов Д.М., Корольков О.Н., Майнсков В.Н. Концептуальное проектирование самолёта. Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2013. 120 с.
- Комаров В.А. Точное проектирование // Онтология проектирования. 2012. № 3 (5). С. 8-23.
- Komarov V.A., Weisshaar T.A. New approach to improving the aircraft structural design process // Journal of Aircraft. 2002. V. 39, Iss. 2. P. 227-233. doi: 10.2514/2.2943
- Zhang M., Rizzi A. RDS-SUMO: from lofting to physics-based grids // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2012. V. 84, Iss. 3. P. 140-150. doi: 10.1108/00022661211221996
- Комаров В.А., Лукьянов О.Е. Многодисциплинарная оптимизация параметров крыла грузового самолёта // Полёт. Общероссийский научно-технический журнал. 2018. № 3. С. 3-15.
- Martins J.R.R.A., Kenway G.K.W., Brooks T. Multidisciplinary design optimization of aircraft configurations — Part 2: High-fidelity aerostructural optimization. Lecture series, Von Karman Institute for Fluid Dynamics, Sint-Genesius-Rode, Belgium, May 2016.
- Bowers P.M. Unconventional aircraft. New York: TAB Books, 1984. 278 p.
- Егер С.М., Лисейцев Н.К., Самойлович О.С. Основы автоматизированного проектирования самолётов. М.: Машиностроение, 1986. 232 с.
- Мальчевский В.В. Матрично-топологический метод синтеза и компоновки самолёта (опыт автоматизации творческой деятельности конструктора). М.: МАИ, 2011. 354 с.
- Li M., Bai J., Li L., Meng X., Liu Q., Chen B. A gradient-based aero-stealth optimization design method for flying wing aircraft // Aerospace Science and Technology. 2019. V. 92. P. 156-169. doi: 10.1016/j.ast.2019.05.067
- Черняев А.В. Применение генетических алгоритмов при проектировании авиационных конструкций из композиционных материалов // Полёт. Общероссийский научно-технический журнал. 2009. № 7. С. 50-55.
- Storn R., Price K. Differential evolution: A Simple and efficient adaptive scheme for global optimization over continuous spaces // Journal of Global Optimization. 1997. V. 11. P. 341-359. doi: 10.1023/A:1008202821328
- Espinosa Barcenas O.U., Quijada Pioquinto J.G., Kurkina E., Lukyanov O. Multidisciplinary analysis and optimization method for conceptually designing of electric flying-wing unmanned aerial vehicles // Drones. 2022. V. 6, Iss. 10. doi: 10.3390/drones6100307
- The General Atomics «Predator MQ-1» UAS. https://barnardmicrosystems.com/UAV/uav_list/predator.html
- Средневысотный беспилотный летательный аппарат большой продолжительности полёта United 40. https://vpk.name/library/f/united-40.html
- Болховитинов В.Ф. Пути развития летательных аппаратов. М.: Оборонгиз, 1962. 132 с.
- Корольков О.Н. Уравнение и область существования самолёта // Полёт. Общероссийский научно-технический журнал. 2001. № 10. С. 45-52.
- Комаров В.А. Весовой анализ авиационных конструкций: теоретические основы // Полёт. Общероссийский научно-технический журнал. 2000. № 1. С. 31-39.
- Tanabe R., Fukunaga A. Success-history based parameter adaptation for Differential Evolution // 2023 IEEE Congress on Evolutionary Computation (June, 20-23, 2013, Cancun, Mexico). 2013. P. 71-78. doi: 10.1109/CEC.2013.6557555
- Ali M.M., Zhu W.X. A penalty function-based differential evolution algorithm for constrained global optimization // Computational Optimization and Applications. 2013. V. 54. P. 707-739. doi: 10.1007/s10589-012-9498-3
- AVL overview. https://web.mit.edu/drela/Public/web/avl/
- Viana F.A.C. A tutorial on Latin hypercube design of experiments // Quality and Reliability Engineering International. 2016. V. 32, Iss. 5. P. 1975-1985. doi: 10.1002/qre.1924
- Белоцерковский С.М. Тонкая несущая поверхность в дозвуковом потоке газа. М.: Наука, 1965. 244 с.
- Анвар М. Создание конвейеров данных на Python. Почему альтернатива без кода лучше? https://www.astera.com/ru/type/blog/data-pipelines-in-python/
Дополнительные файлы
