Diseño de Optimización Multi-Objetivo de un Airbag Combinado Inspirado en Origami
Autores: Xu, Yan; Yang, Yilong; Huang, He; Chen, Gang; Li, Guangxing; Chen, Huajian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño de Optimización Multi-Objetivo de un Airbag Combinado Inspirado en Origami
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Cojines de aire
Rendimiento de amortiguación
Proceso de atenuación de aterrizaje
Parámetros de diseño
Optimización multiobjetivo
Naves espaciales reutilizables
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Para mejorar el rendimiento de amortiguación de los sistemas de aterrizaje suave, se propone un novedoso airbag combinado inspirado en el origami. El tamaño de la geometría, la presión inicial y el área de ventilación de los airbags se diseñan preliminarmente utilizando un modelo teórico. Se establecen modelos de elementos finitos, que incluyen la nave espacial retornable y los airbags, a través del método de volumen de control (CVM) para analizar el comportamiento dinámico del impacto y el rendimiento de amortiguación durante el proceso de atenuación del aterrizaje. Se estudia el rendimiento de amortiguación de los airbags en entornos de aterrizaje complejos para investigar la influencia de la velocidad horizontal, la velocidad lateral y las superficies de aterrizaje no horizontales. Se emplean cuatro parámetros de diseño de los airbags, incluyendo la presión inicial, la presión umbral de ventilación, el área de ventilación y el número de bordes del polígono, para estudiar su influencia en el rendimiento de amortiguación. Se establece un modelo de optimización multiobjetivo de los airbags basado en redes neuronales y un algoritmo de ciclo de agua multiobjetivo para realizar un diseño de optimización rápida. Se obtiene el frente de Pareto de la sobrecarga máxima y la absorción de energía específica. Los resultados del análisis muestran que la sobrecarga máxima de los airbags combinados propuestos es de 7.30 g. El sistema con diseño anti-vuelco puede evitar el vuelco y lograr un rendimiento de amortiguación excepcional en entornos de aterrizaje complejos. La sobrecarga máxima de la nave espacial retornable se reduce en un 16.4% de 7.30 g a 6.10 g después de las optimizaciones multiobjetivo. Este estudio podría proporcionar el soporte técnico para el diseño del sistema de aterrizaje suave de naves espaciales retornables.
Descripción
Para mejorar el rendimiento de amortiguación de los sistemas de aterrizaje suave, se propone un novedoso airbag combinado inspirado en el origami. El tamaño de la geometría, la presión inicial y el área de ventilación de los airbags se diseñan preliminarmente utilizando un modelo teórico. Se establecen modelos de elementos finitos, que incluyen la nave espacial retornable y los airbags, a través del método de volumen de control (CVM) para analizar el comportamiento dinámico del impacto y el rendimiento de amortiguación durante el proceso de atenuación del aterrizaje. Se estudia el rendimiento de amortiguación de los airbags en entornos de aterrizaje complejos para investigar la influencia de la velocidad horizontal, la velocidad lateral y las superficies de aterrizaje no horizontales. Se emplean cuatro parámetros de diseño de los airbags, incluyendo la presión inicial, la presión umbral de ventilación, el área de ventilación y el número de bordes del polígono, para estudiar su influencia en el rendimiento de amortiguación. Se establece un modelo de optimización multiobjetivo de los airbags basado en redes neuronales y un algoritmo de ciclo de agua multiobjetivo para realizar un diseño de optimización rápida. Se obtiene el frente de Pareto de la sobrecarga máxima y la absorción de energía específica. Los resultados del análisis muestran que la sobrecarga máxima de los airbags combinados propuestos es de 7.30 g. El sistema con diseño anti-vuelco puede evitar el vuelco y lograr un rendimiento de amortiguación excepcional en entornos de aterrizaje complejos. La sobrecarga máxima de la nave espacial retornable se reduce en un 16.4% de 7.30 g a 6.10 g después de las optimizaciones multiobjetivo. Este estudio podría proporcionar el soporte técnico para el diseño del sistema de aterrizaje suave de naves espaciales retornables.