دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

روش تحلیل مصالحه‌های طراحی در بهینه‌سازی سه‌هدفه کپسول فضایی کامپوزیتی: مقایسه کربن - اپوکسی و شیشه - اپوکسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار پژوهشگاه هوافضای وزارت عتف
2 عضو هیئت علمی پژوهشگاه هوافضای وزارت عتف
3 دانشجوی دکتری پژوهشگاه هوافضا
چکیده
طراحی کپسول‌های فضایی کامپوزیتی مستلزم ایجاد تعادل میان الزامات سازه‌ای، آیرودینامیکی و مأموریتی است؛ زیرا بهبود هر شاخص عملکردی معمولاً با تضعیف سایر شاخص‌ها همراه است. از اینرو، بهینه‌سازی چندهدفه برای شناسایی مصالحه‌های طراحی اهمیت ویژه‌ای دارد. در این پژوهش، سه مسئله بهینه‌سازی سه‌هدفه مقید برای کپسول فضایی کامپوزیتی با پوسته‌های کربن–اپوکسی و شیشه–اپوکسی بررسی شده است. اهداف عبارت‌اند از: (۱) کمینه‌سازی جرم کل و بیشینه‌سازی حجم داخلی و حاشیه پایداری استاتیکی؛ (۲) بیشینه‌سازی فرکانس طبیعی، ضریب اطمینان کمانشی و راندمان حجمی؛ و (۳) کمینه‌سازی تغییر شکل سازه‌ای و ضریب بالستیکی و بیشینه‌سازی حجم داخلی. بهینه‌سازی با چارچوب طراحی بهینه چندموضوعی تک‌سطحی و الگوریتم ژنتیک انجام شده و پاسخ‌ها با جبهه‌های پارتوی سه‌بعدی و نمودارهای مختصات موازی تحلیل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که هر سه مسئله با مصالحه میان اهداف همراه‌اند. مقایسه جبهه‌های پارتو نشان می‌دهد که در اغلب فضای طراحی، کپسول کربن–اپوکسی در مقایسه با نمونه شیشه–اپوکسی، جرم کمتر، صلبیت بیشتر، ضریب اطمینان کمانشی بالاتر و فرکانس طبیعی بزرگ‌تری دارد، درحالی‌که عملکرد آیرودینامیکی و الزامات مأموریتی مشابهی را حفظ می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Method for analyzing design trade-offs in the three-objective optimization of a composite space capsule: comparison of carbon-epoxy and glass-epoxy

نویسندگان English

hassan Naseh 1
Hadiseh Karimaei 2
Mohammad Lesani Fadafan 3
1 Aerospace Research Institute, Ministry of science, research and technology,
2 Aerospace Research Institute, Ministry of science, research and technology,
3 Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology
چکیده English

Designing composite space capsules requires balancing structural, aerodynamic, and mission requirements, as improving one performance metric often compromises others. Thus, multi-objective optimization is essential for identifying design trade-offs. This study investigates three constrained three-objective optimization problems for a composite space capsule with carbon–epoxy and glass–epoxy shells. The objectives are: (1) minimizing total mass while maximizing internal volume and static stability margin; (2) maximizing natural frequency, buckling safety factor, and volumetric efficiency; and (3) minimizing structural deformation and ballistic coefficient while maximizing internal volume. We conducted optimization using a single-level multidisciplinary design optimization framework and a genetic algorithm. We analyzed solutions using three-dimensional Pareto fronts and parallel coordinate plots. Results reveal trade-offs among objectives in all three problems. Pareto-front comparisons show that, across most of the design space, the carbon–epoxy capsule has lower mass, greater stiffness, a higher buckling safety factor, and a higher natural frequency than the glass–epoxy variant, while maintaining comparable aerodynamic performance and meeting mission requirements.

کلیدواژه‌ها English

Space capsule
Tri-objective optimization
Composite

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 مهر 1405