Un Enfoque Posibilístico Multidisciplinario para Dimensionar el Empenaje de Aeronaves Ligeras de Hélice de Múltiples Motores
Autores: Rostami, Mohsen; Bardin, Julian; Neufeld, Daniel; Chung, Joon
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un Enfoque Posibilístico Multidisciplinario para Dimensionar el Empenaje de Aeronaves Ligeras de Hélice de Múltiples Motores
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Diseño de aeronaves
Configuración de la cola
Optimización del diseño multidisciplinario
Incertidumbres
Enfoque posibilista
Aerodinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Al considerar el diseño de aeronaves, es muy importante dimensionar eficazmente la configuración del estabilizador para la estabilidad y el control. La optimización del diseño multidisciplinario (MDO) se centra en el uso de la optimización numérica en el diseño de sistemas con múltiples subsistemas o disciplinas de consideración. Sin embargo, MDO utiliza cálculos deterministas y no considera las incertidumbres que surgen de los análisis empleados, incluidos los errores debidos a la linealización y simplificación. Para problemas con datos de entrada inadecuados, se puede implementar el esquema de optimización de diseño basado en posibilidades (PBDO) en su lugar para lograr diseños confiables utilizando funciones de membresía para incertidumbres epistémicas. Se presenta un enfoque multidisciplinario y posibilista para definir el dimensionamiento de la configuración del empennage de una aeronave de hélice de doble motor al cambiar los parámetros de forma mientras se satisfacen los requisitos de diseño dados la configuración de aeronave sin cola, las condiciones de vuelo y varias incertidumbres. Las disciplinas correspondientes son aerodinámica, estabilidad y control, propulsión y peso y balance. Aquí se consideran diferentes requisitos de diseño, incluidos el trim y las características de estabilidad longitudinal/lateral/direccional, criterios de fabricación y controlabilidad, cualidades de manejo, requisitos operacionales, aeronavegabilidad y supervivencia. Las características aerodinámicas resultantes y los resultados de estabilidad dinámica de vuelo muestran que la configuración de cola optimizada para la aeronave propuesta cumplió plenamente con los requisitos de aeronavegabilidad y las restricciones predefinidas, considerando varias incertidumbres debido al uso de estimaciones estadísticas en etapas tempranas. El enfoque propuesto puede utilizarse para mejorar el diseño preliminar de aeronaves ligeras de hélice de múltiples motores donde solo están disponibles estimaciones estadísticas de baja fidelidad. El resultado no es solo una configuración de aeronave optimizada, sino una en la que se ha asegurado la estabilidad del diseño. En este trabajo, las características aerodinámicas se han determinado utilizando un programa semi-empírico validado llamado MAPLA, desarrollado para diseños de aeronaves ligeras y desarrollo en la fase de diseño preliminar. Además, el marco de optimización consiste en un optimizador determinista que se ejecuta secuencialmente con un algoritmo de evaluación de posibilidades.
Descripción
Al considerar el diseño de aeronaves, es muy importante dimensionar eficazmente la configuración del estabilizador para la estabilidad y el control. La optimización del diseño multidisciplinario (MDO) se centra en el uso de la optimización numérica en el diseño de sistemas con múltiples subsistemas o disciplinas de consideración. Sin embargo, MDO utiliza cálculos deterministas y no considera las incertidumbres que surgen de los análisis empleados, incluidos los errores debidos a la linealización y simplificación. Para problemas con datos de entrada inadecuados, se puede implementar el esquema de optimización de diseño basado en posibilidades (PBDO) en su lugar para lograr diseños confiables utilizando funciones de membresía para incertidumbres epistémicas. Se presenta un enfoque multidisciplinario y posibilista para definir el dimensionamiento de la configuración del empennage de una aeronave de hélice de doble motor al cambiar los parámetros de forma mientras se satisfacen los requisitos de diseño dados la configuración de aeronave sin cola, las condiciones de vuelo y varias incertidumbres. Las disciplinas correspondientes son aerodinámica, estabilidad y control, propulsión y peso y balance. Aquí se consideran diferentes requisitos de diseño, incluidos el trim y las características de estabilidad longitudinal/lateral/direccional, criterios de fabricación y controlabilidad, cualidades de manejo, requisitos operacionales, aeronavegabilidad y supervivencia. Las características aerodinámicas resultantes y los resultados de estabilidad dinámica de vuelo muestran que la configuración de cola optimizada para la aeronave propuesta cumplió plenamente con los requisitos de aeronavegabilidad y las restricciones predefinidas, considerando varias incertidumbres debido al uso de estimaciones estadísticas en etapas tempranas. El enfoque propuesto puede utilizarse para mejorar el diseño preliminar de aeronaves ligeras de hélice de múltiples motores donde solo están disponibles estimaciones estadísticas de baja fidelidad. El resultado no es solo una configuración de aeronave optimizada, sino una en la que se ha asegurado la estabilidad del diseño. En este trabajo, las características aerodinámicas se han determinado utilizando un programa semi-empírico validado llamado MAPLA, desarrollado para diseños de aeronaves ligeras y desarrollo en la fase de diseño preliminar. Además, el marco de optimización consiste en un optimizador determinista que se ejecuta secuencialmente con un algoritmo de evaluación de posibilidades.