مدل سازی، تحلیل و بهینه سازی سازه ی لبه حمله ی بال هواپیما در برابر برخورد پرنده

با توجه به توسعه ی روزافزون صنعت هوانوردی، افزایش ایمنی مسافرت های هوایی از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از حوادثی که امنیت سفرهای هوایی را تهدید می کند مسئله ی برخورد پرنده به هواپیماست. بر اساس آمار اعلام شده از سال 1988 تاکنون بیش از 250 نفر در سرتاسر دنیا در اثر برخورد پرنده به هواپیما جان خود را از دست داده اند. خسارت مربوط به آسیب وارده به هواپیماها و تأخیر پروازهای ناشی از برخورد پرنده سالیانه حدود 3 میلیارد دلار تخمین زده شده است. به همین خاطر صنایع هواپیماسازی بر اساس استانداردهای تدوین شده ملزم به طراحی و ساخت هواپیماهای مقاوم در برابر برخورد پرنده هستند. آسان ترین و کم هزینه ترین راه بررسی و تحلیل رفتار سازه ی هواپیما در هنگام برخورد با پرنده استفاده از شبیه سازی های نرم افزاری است. در این پژوهش ابتدا انواع روش های لاگرانژی، اویلری لاگرانژی انتخابی (ale) و هیدرودینامیک ذرات هموارشده (sph) برای مدل سازی مسئله ی برخورد پرنده توصیف و بررسی شده است. سپس با استفاده از این روش ها به شبیه سازی نرم افزاری آزمایش های تجربی برخورد پرنده به یک صفحه ی صلب و هم چنین یک صفحه ی آلومینیومی پرداخته شده است. صحت نتایج مدل سازی از طریق مقایسه ی مقادیر فشار هوگونیوت، کرنش ها و تغییر شکل ها ایجادشده در صفحه ی هدف در شبیه سازی نرم افزاری با نتایج آزمایش تجربی ارزیابی شده است. خروجی های مدل شبیه سازی شده و نتایج آزمون تجربی به اندازه ی کافی به هم نزدیک هستند. پس از حصول اطمینان از صحت نتایج، به مدل سازی برخورد پرنده به سازه ی لبه حمله ی بال هواپیما پرداخته شده است. در مرحله ی بعد با در نظر گرفتن ابعاد و پارامترهای اجزای سازه ی داخل بال نظیر ریب ها، پوسته و اسپار به عنوان متغیرهای طراحی سعی شده است تا مقادیر وزن سازه و تغییر شکل ایجادشده در پوسته ی بال که به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند کمینه شود. برای این کار ابتدا با استفاده از روش سطح پاسخ رابطه ی بین متغیرهای طراحی و توابع هدف پیش بینی شده و سپس به کمک الگوریتم ژنتیک چندهدفه بر پایه ی جبهه ی پارتو به کمینه سازی وزن و میزان تغییر شکل سازه ی بال در اثر برخورد پرنده پرداخته شده است. در نهایت به ازای مقادیر مختلف وزن در نظر گرفته شده برای سازه، ابعاد اجزای سازه ی بال به گونه ای تعیین شده اند که بال کم ترین آسیب را پس از برخورد متحمل شود.