¿Cuál es la mejor manera para el diseño de aeronaves, un enfoque de teoría-intuición o un enfoque moderno de optimización algorítmica?

Answer 1

Bueno, NO existe un enfoque de diseño ideal para diseñar una aeronave. Siempre hay un compromiso para un problema de diseño dado con restricciones. Sin embargo, los ingenieros han intentado mejorar la eficiencia en el proceso de diseño de la aeronave incorporando el análisis computacional en el sistema.

Antes de pasar a la respuesta principal, necesito aclarar una cosa.
su pregunta dice: Enfoque de diseño basado en teoría-intuición y enfoque de optimización. ¡Lo más importante aquí es que la optimización utiliza el enfoque de diseño clásico, por lo que no hay nada como un proceso de diseño con solo el enfoque de optimización! La optimización solo le ayuda a ahorrar tiempo de cálculos / iteraciones de diseño, le brinda el mejor diseño posible en un rango de restricciones. Por lo tanto, no se confunda con el “enfoque de diseño algorítmico moderno”, todo el proceso de optimización del diseño de la aeronave incorpora las ecuaciones de diseño básicas y las relaciones empíricas y luego la codificación se realiza especificando un límite superior y un límite inferior para varias restricciones de diseño. y al final obtienes un diseño optimizado que satisface tu condición requerida. Puede haber optimización de objetivos múltiples y un solo objetivo.

He utilizado el diseño normal para muchos problemas de diseño, definitivamente es un proceso que lleva mucho tiempo, por otro lado, el proceso de optimización es rápido y proporciona un “frente de pareto”, que es básicamente la mejor curva de trazado donde puede encontrar una gama de posibilidades de diseño por sus limitaciones dadas. Bueno, es como si ambos estuvieran relacionados entre sí. Para optimizar el diseño, primero debe realizar el diseño básico para obtener el mejor diseño más adelante.

Además, ¡el método de optimización moderna es enorme! Tiene diferentes algoritmos, como los algoritmos de optimización basados ​​en la naturaleza, por ejemplo: optimización de colonias de hormigas, optimización basada en la enseñanza de aprendizaje, algoritmos genéticos que se pueden usar para diferentes aplicaciones y no solo para el diseño de la aeronave. También existe la posibilidad de agrupar paquetes de software como ANSYS / FLUENT con MATLAB para obtener un diseño optimizado basado en restricciones como las tensiones von-misses y el arrastre total (o cualquier otro parámetro relacionado con fluidos)

Aquí hay un ejemplo del código que se usó para uno de mis proyectos (usando la caja de herramientas GA en MATLAB)

función [resistencia] = endurancega (x)
% de optimización de un UAV para una resistencia de 3 horas utilizando algoritmo genético
% UAV ha sido diseñado utilizando XFLR5 y otras relaciones empíricas y el
El% de ala debe optimizarse para una resistencia máxima
rho = 1.1; % de densidad del aire a la altitud de operación
Vo = 18; % de velocidad de operación
W = 78,48; % de masa del avión en N
.
.
.
.. (defina otros parámetros)
.
.
.

[Sw] = areareq (W, Cl0, Vo, rho);
b = sqrt (AR * Sw); % del tramo del avión
Cmac = (0.75) * (Sw / b) * ((1 + TR) ^ 2 / (1 + TR + TR ^ 2));
[Vs] = velocidad de pérdida (Ma, Sw, rho, CL); % de cálculo de velocidad de pérdida
.
.(y así)
.
Este es el archivo de función principal, debe ingresar todos los datos necesarios para los cuales necesita saber cómo se aborda un problema de diseño. aquí mi función objetivo es Endurance y tengo pocas restricciones como peso, etc. El código debe escribirse de tal manera que se obtenga un diseño de parte, digamos wing (que por supuesto será numérico)

puede ver que hay varios archivos de funciones asociadas como “areareq”, “stallspeed”. Estos archivos deben escribirse en un archivo de funciones separado y estos actúan como una entrada para el archivo de funciones principal. Luego, esto tiene que ir a la ecuación principal de resistencia para obtener el resultado (no puedo dar la función exacta y otros detalles del archivo asociado, ya que el trabajo está bajo revisión y aún no se ha publicado en un reputado International Journal)

Como puede ver, el enfoque de optimización depende del tamaño / diseño básico de la aeronave. Sin embargo, aún puede hacer un diseño burdo de un UAV / aviones construidos en casa sin tener ningún conocimiento de optimización. La optimización es solo una herramienta que puede ahorrarle tiempo y darle una visión más ingenieril de lo que está sucediendo exactamente y que es un diseño factible para su conjunto de restricciones.

Espero que esto ayude

PD: Agregar algunos enlaces sobre algoritmos de optimización moderna y algunos documentos sobre la optimización de UAV.

1. Página en springerplus.com
2.http: //en.wikipedia.org/wiki/Genetic_algorithm
3. SN Omkar – Citas de Google Académico
4. Eficiencia de Pareto
5. Página en www.enu.kz