Una estrategia de optimización de diseño multiobjetivo aerodinámico basada en el método de partículas de vórtice reformulado para propulsores en vuelo estacionario y crucero a gran altitud
Autores: Ding, Zhiwei; Zhang, Chaoqun; Peng, Minghua; Li, Jianbo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Una estrategia de optimización de diseño multiobjetivo aerodinámico basada en el método de partículas de vórtice reformulado para propulsores en vuelo estacionario y crucero a gran altitud
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Optimización de diseño
Palas de proprotor
Método de partículas de vórtice
Misión de gran altitud
Solucionador aerodinámico
Algoritmo de optimización híbrido
Licencia
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Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Se propone un marco mejorado de optimización de diseño multiobjetivo para el diseño eficiente de palas de proprotor adaptadas a requisitos específicos de misiones en gran altitud. Este marco se basa en métodos existentes aprovechando un Método de Partículas Vortex reformulado (rVPM) e incorpora tres etapas clave: (1) determinación rápida de los parámetros generales del proprotor utilizando un modelo semiempírico, (2) límites optimizados de la distribución de cuerda y torsión de las palas basados en la teoría de pérdida mínima de energía, y (3) optimización global con un solucionador aerodinámico de alta fidelidad basado en rVPM acoplado con un algoritmo de optimización híbrido multiobjetivo. Aplicado a un pequeño tiltrotor de gran altitud, el marco produjo diseños de proprotor óptimos de Pareto con un índice de mérito de 0.814 y una eficiencia de crucero de 0.896, superando los objetivos de la misión en más del 15%. Los hallazgos clave indican que grandes relaciones de reducción y baja torsión mejoran el rendimiento en vuelo estacionario, mientras que las formas de palas elípticas con alta torsión mejoran la eficiencia de crucero, y un anhedral en la punta aumenta aún más el rendimiento general. Este marco agiliza la personalización industrial de las palas de proprotor, reduciendo significativamente el espacio de diseño para una optimización avanzada mientras mejora el rendimiento en entornos exigentes de gran altitud.
Descripción
Se propone un marco mejorado de optimización de diseño multiobjetivo para el diseño eficiente de palas de proprotor adaptadas a requisitos específicos de misiones en gran altitud. Este marco se basa en métodos existentes aprovechando un Método de Partículas Vortex reformulado (rVPM) e incorpora tres etapas clave: (1) determinación rápida de los parámetros generales del proprotor utilizando un modelo semiempírico, (2) límites optimizados de la distribución de cuerda y torsión de las palas basados en la teoría de pérdida mínima de energía, y (3) optimización global con un solucionador aerodinámico de alta fidelidad basado en rVPM acoplado con un algoritmo de optimización híbrido multiobjetivo. Aplicado a un pequeño tiltrotor de gran altitud, el marco produjo diseños de proprotor óptimos de Pareto con un índice de mérito de 0.814 y una eficiencia de crucero de 0.896, superando los objetivos de la misión en más del 15%. Los hallazgos clave indican que grandes relaciones de reducción y baja torsión mejoran el rendimiento en vuelo estacionario, mientras que las formas de palas elípticas con alta torsión mejoran la eficiencia de crucero, y un anhedral en la punta aumenta aún más el rendimiento general. Este marco agiliza la personalización industrial de las palas de proprotor, reduciendo significativamente el espacio de diseño para una optimización avanzada mientras mejora el rendimiento en entornos exigentes de gran altitud.