Многодисциплинарная оптимизация конструктивных параметров и динамики полёта БПЛА

Введение

Поведение беспилотника в воздухе зависит от конструкции отдельных его компонентов. Поэтому требуется многодисциплинарная оптимизация, в ходе которой виртуальное представление изделия анализируется на разных уровнях – от одномерных моделей, описывающих общее поведение системы, до трехмерных СAD и CAE-моделей, отображающих проектные параметры, конструктивную целостность и надежность.

Трубчатая направляющая БПЛА

Геометрическая модель БПЛА с расправленными крыльями

Цель

• Толщина каждой нервюры крыла – t_i
• Длина крыла – l

Конструктивные параметры крыла беспилотника

Модель динамики полета БПЛА в Amesim

Газодинамическая модель БПЛА, демонстрирующая распределение нагрузок на крыло

Напряжения по Мизесу в крыле БПЛА

Трудности

• Многодисциплинарность: расчет нагрузок на крыло, напряжений, динамики полета.
• Длительность газодинамических и прочностных расчетов.
• Неэффективность алгоритмов оптимизации, имеющихся в Amesim.

Решение

Поскольку каждый запуск прочностного расчета длился порядка 7 минут, то вместо его интеграции в итоговую расчетную схему оптимизации было проведено планирование эксперимента (DoE) в pSeven. Полученные значения прочностных параметров, напряжений в крыле и массы БПЛА использовались для обучения аппроксимационной модели.

Платформа pSeven позволила объединить эту модель и расчеты динамики полета в Amesim в единую расчетную схему, запускающую процесс оптимизации. На рисунке ниже показана итоговая схема оптимизации.

Cхема оптимизации БПЛА в pSeven

• Минимизировать напряжения в крыле.
• Увеличить высоту полета БПЛА.

Результаты

• Значения напряжений в крыле уменьшены на 14% по сравнению с исходными.
• Найдена оптимальная геометрия крыла.

Данные оптимизации в виде графика параллельных координат

Целевые функции оптимизации – высота полета и напряжения в крыле

О Сколтехе

О ДАТАДВАНС