بهینه‌سازی ضخامت اجزای جعبه‌بال یک هواپیما با روش طراحی آزمایش‌ها

بهینه‌سازی سازه در صنایع هوافضا به دلیل نیاز به سازه‌های سبک جهت کاهش هزینه‌ها و افزایش عملکرد پروازی از اهمیت ویژه برخوردار است. اجزای اصلی بال هواپیما از اسپارها، ریب‌ها و پوسته تشکیل شده است. در این پژوهش ابتدا یک سازه بال دارای دو اسپار i شکل، 6 عدد ریب و پوسته با مشخصات هندسی مشخص مدل‌سازی شده است. با انتخاب آلیاژ آلومینیوم به عنوان جنس سازه و استفاده از روش المان محدود، سازه بال تحت بارگذاری استاتیکی قرار گرفته و مقدار بیشترین تنش و جابه‌جایی ناحیه جعبه‌بال بدست آمده است. سپس با توجه به نتایج تحلیل و قابلیت بهینه‌سازی، سازه بال جهت بهینه‌سازی ضخامت اجزا در راستای طول بال به سه قسمت تقسیم گردیده است. با تعریف ضخامت اجزای جعبه‌بال در هر سه قسمت به عنوان فاکتورها و تنش و وزن به عنوان پاسخ‌های مسئله بهینه‌سازی از طریق روش طراحی آزمایش‌ها که در این مسئله آزمایش‌ها همان تحلیل استاتیکی سازه است، ضخامت اجزای ناحیه جعبه‌بال با توجه به هدف کمترین وزن و بیشترین تنش مجاز بهینه‌سازی گردیده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که پس از بهینه‌سازی وزن جعبه‌بال با کاهش 46.5 درصدی روبرو شده است.

thickness optimization of the airplane wing box components by the design of experiments method

structure optimization in aerospace industries is of particular importance due to the need for light structures to reduce costs and increase flight performance. the main components of an airplane wing consist of spars, ribs and skin. at first, in this research a wing structure with two i-shaped spars, 6 ribs and a shell with specific geometric characteristics is modeled. by choosing aluminum alloy as the material of the structure and using the finite element method, the wing structure has been subjected to static loading and the maximum amount of stress and displacement of the wing box area has been obtained. then, according to the results of the analysis and the optimization capability, the wing structure has been divided into three parts in order to optimize the thickness of the components along the length of the wing. by defining the thickness of the wing box components in all three parts as factors and stress and weight as the answers to the optimization problem through the method of designing experiments, which in this problem is the static analysis of the structure, the thickness of the components of the wing box area according to the goal of the lowest weight and the highest stress optimization is allowed. the obtained results indicate that after the optimization, the weight of the wing box has decreased by 46.5%.