دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

بهینه‌سازی فلاتر بال هیبریدی فلز-کامپوزیت سوئیپ‌دار با استفاده از الگوریتم نخبه‌گرای تطبیقی توده ذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سلمان شفقت 1
هادی قشوچی برق 2
علی دهقانی قبادی 3
سعید ایرانی 4
1 دکتری هوافضا، محقق دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
2 استادیار، گروه مهندسی صنایع، مکانیک و هوافضا، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، بوئین زهرا
3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
4 دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
چکیده
در پژوهش حاضر به بهینه­سازی بال­های فلز-کامپوزیت سوئیپ­دار پرداخته شده­است. بدین منظور سرعت فلاتر به عنوان تابع هدف و زوایای الیاف به عنوان متغیرهای بهینه­سازی درنظر گرفته شده­اند. برای محاسبه سرعت فلاتر از الگوریتم روش p استفاده شده است. به عنوان نوآوری، جهت بهینه­سازی از الگوریتم نخبه­گرای تطبیقی توده ذرات با تابع اینرسی ابتکاری استفاده، و عملکرد آن با نسخه پایه الگوریتم مقایسه، و کارایی مطلوب آن تایید، و در نهایت با استفاده از آن به بهینه­سازی سرعت فلاتر پرداخته شده­است. نتایج به ازای مقادیر مختلف نسبت فلز به کامپوزیت، نسبت منظری و زاویه سوئیپ ارائه شده‌‍‌‌است. در پایان نیز اثر افزایش تعداد متغیر­ها­ی طراحی مورد بررسی قرار گرفته­است. نتایج نشان می­دهد با افزایش نسبت فلز به کامپوزیت، مقدار بیشینه سرعت فلاتر لزوما کاهشی یا افزایشی نبوده، اما مقدار بهینه نسبت فلز به کامپوزیت و همچنین مقدار بیشینه سرعت فلاتر برای هندسه­های مختلف، منحصر به فرد می­باشد که اهمیت ویژه آن را در بهینه­سازی فلاتر بیان می­کند.
کلیدواژه‌ها
فلاتر
الگوریتم تطبیقی نخبه‌گرای توده ذرات
ورق سوئیپ دار
تئوری پیستون

موضوعات

عنوان مقاله English

Flutter optimization of hybrid metal-composite swept wing using elitist adaptive particle swarm algorithm

نویسندگان English

Salman Shafeghat 1
Hadi Ghashochi-Bargh 2
Ali Dehghani Ghobadi 3
Saeid Irani 4
1 PhD, Researcher at Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Industrial, Mechanical and Aerospace Engineering, Buein Zahra Technical University, Buein Zahra, Iran.
3 PhD student, Faculty of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
4 Associate Professor, Faculty of Aerospace Engineering, K.N. Toosi Univeristy of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In the present study, optimization of metal-composite swept wings is investigated. For this purpose, the flutter speed and fiber angles are considered as objective function and optimization variables, respectively. The flutter speed is computed with the p-method. As innovation, the adaptive elitist particle swarm algorithm with innovative inertia weight is used for optimization, and its performance is compared with the basic version of the algorithm, and its good efficiency is demonstrated, and finally, the mentioned algorithm is used to optimize the flutter speed. The optimization results are presented for different metal-to-composite ratios, different aspect ratios, and different sweep angles. In the end, the effect of increasing the number of design variables is investigated. The results show that by increasing the metal to composite ratio, the maximum flutter speed is not necessarily decreased or increased but the optimum metal to composite ratio and also, the maximum flutter speed is unique for different geometries, and shows its special importance in the flutter optimization.

کلیدواژه‌ها English

Flutter
Adaptive Elitist Particle Swarm Algorithm
Swept Plate
Piston Theory
[1] J. Sawyer, Flutter of  laminated  plates in  supersonic  flow, NASA  Langley, NASA  TM  X-72800, 1975.
[2] T. A. Weisshaar and J. D. Bohlmannt, Supersonic flutter of aeroelastically tailored oblique wings, Journal of Aircraft, VOL. 26, pp. 75-83 , 1989.
[3] J. Cho and Y. Chang, Supersonic flutter analysis of wings using an unsteady 3D panel method, Journal of Computers & Fluids, VOL. 30, pp. 237-256, 2001.
[4] W.W. Zhang, Z.Y Ye and C.A Zhang, Supersonic Flutter analysis based on a local piston theory,  AIAA Journal, Vol. 47, pp. 2321-2328, 2009.
[5]  S. Irani, R. Mirzaee and H. Golparvar, Study the flutter speed of a thin wing with a lower aspect ratio with the reservoir in subsonic flow , International Conference of Acoustics and Vibrations, 2013. (In Persian)
[6] S. Shokrollahi and S. Shafaghat, Flutter analysis of hybrid metal-composite low aspect ratio trapezoidal wings in supersonic flow, Chinese Journal of Aeronautics, vol. 16, pp. 30235-7, 2016.
[7] W. Cheng and D. Cui, Optimization of composite wing structures for maximum flutter speed, Journal of Vibration and Control, Structural Dynamics & Materials Conference, pp. 2132-2141, 2005, 
[8] H. Ghashochi. Bargh and  M.H. Sadr, Optimal design by elitist-genetic algorithm for maximum fundamental  frequency of fiber metal laminated plates,  Key Engineering Materials, Vol. 471-472, pp. 331-336, 2011.
[9]  H. Ghashochi. Bargh and  M.H. Sadr, PSO algorithm for fundamental frequency optimization of fiber metal laminated panels, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 47, pp. 713-727, 2013.
[10] Z. G. Song and F. M. Li, Optimal locations of piezoelectric actuators and sensors for supersonic flutter control of composite laminated panels, Journal of Vibration and Control, vol. 20, pp. 2118–2132, 2013.
[11] K. Torabi and H. Afshari, Optimization of flutter boundaries of cantilevered trapezoidal functionally graded sandwich plates, Journal of Sandwich Structures and Materials, vol. 00, pp. 1-29, 2017.
[12]  Thiago A. M. Guimarães, Saullo G. P. Castro and Carlos E. S. Cesnik, Domingos A. Rade,  Supersonic flutter and buckling optimization of  tow-steered composite plates, AIAA Journal, pp. 3-12, 2018.
[13] M. Elyasi and A. Roudbari, Robust-design-optimization of  flutter velocity of an aeroelastic high-aspect-ratio wing, Journal of Mechanical Engineering and Vibration, Vol. 10, pp. 25-37, 2019.
[14] A. Rashed, and Eralp. D, Design of variable stiffness composites for maximum fundamental frequency considering manufacturing constraints of tow steering, Composite Structures , Voi. 284, 2022.
[15] S. H. Moravvej Barzani and H. Shahverdi, Analysis of flutter instability of a wing wing in order to change the span length under different parameters, Aerosapce Knowledge and Technology Journal, vol. 2, pp. 7-16, 2019.
[16] S. Shafaghat and M. A. Norian, Nonlinear analysis of free object flutter in flexible wing aircraft, Aerosapce Knowledge and Technology Journal, vol. 11, pp. 1-14, 2022.
[17] H. Gue, M. Li, K. Kamil Zur and J. Yuan, X. Wo.  Flutter of carbon-based nanohybrid composite panels, Journal of  ELSEVIER, vol. 188, 2023.
 
[18] R. Chennamsetti, Theory of Plates: Defence R&D organization (Engineers), DRDO. 2008.
[19] A.Rao, Vibration of Continuous Systems, New Jersey, John Wiley & Sons, 2007.
[20] J. N.  REDDY, MECHANICS of LAMINATED COMPOSITE  PLATES and SHELLS: Washington, D.C, CRC Press, 2004.
[21] S. Shafaghat, Aeroelastic analysis of hybrid wings with low aspect ratio in supersonic flow, M.S Thesis, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, 2014.
[22]  E. H. Dowell, E. F. Crawley, H. C. Curtiss, D. A. Peters, R. H. Scanlan and F. Sisto, A modem course in aeroelasticity: Boston London, Kluwer Academic Publishers,1995.
[23] Meetu. Jain, Vibha. Saihjpal, Narinder. Singh and Satya. Bir Singh, An Overview of Variants and Advancements of PSO Algorithm,  Journal of Applied Sciences, Vol. 12, pp. 8392-8412, 2022.
[24] H. Ghashochi. Bargh and M.H. Sadr, Stacking sequence optimization of composite plates for maximum fundamental frequency using particle swarm optimization algorithm, Springer Science+Business Media, Vol. 47, pp. 719–730, 2012.
[25] S. W. Tsai and H.T. Hahn, Introduction to Composite Materials: Washington, Washington University, 1980.
[26] Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston and John T. Dewolf, David F. Mazurek, Mechanics of Materials: Storrs, McGraw-Hill Companies, 2012.