طراحی و بهینه‌سازی وزن یک هشت‌پره هیبریدی سرنشین‌دار

این تحقیق به طراحی مفهومی و بهینه‌سازی یک هشت‌پره هیبرید-الکتریکی برای حمل بار یا مسافر می‌پردازد. این وسیله از یک موتور وانکل متصل به یک ژنراتور برق برای راه‌اندازی موتورهای بدون جاروبک و شارژ باتری‌ها استفاده می‌کند. یک الگوریتم ژنتیک برای بهینه‌سازی وزن کل و نیروی رانش به کار گرفته شده است. متغیرهای طراحی شامل قدرت موتور، ظرفیت مخزن سوخت، ظرفیت و تعداد سلول‌های باتری، ثابت سرعت موتور بدون جاروبک، جریان الکتریکی کنترل‌کننده‌های سرعت، طول بازو، قطر مقطع عرضی بازوها، شعاع پروانه و سرعت زاویه‌ای پروانه می‌باشد. در الگوریتم مورد استفاده، نسبت جرم به وزن موتور به عنوان یک پارامتر ورودی کلیدی برای بررسی تاثیر فناوری بر طراحی نهایی در نظر گرفته شده است. در این مطالعه، دو تابع هدف بهینه‌سازی استفاده می‌شوند: 1- حداکثر کردن نسبت سوخت به وزن ناخالص و 2- حداکثر کردن نسبت نیروی رانش به وزن. نتایج عددی نشان می‌دهد که با طراحی‌های ارائه شده توسط تابع هدف اول، پروازهای طولانی به طول حدود 1000 کیلومتر قابل دستیابی است، که به دلیل ظرفیت بالای سوخت آن‌ها می‌باشد. طبق محاسبات ما، عملکرد کلی پیکربندی‌های هشت‌پره به‌دست‌آمده از تابع هدف دوم و برای نسبت‌های جرم به قدرت موتور a=0.3 و a=0.6 (کیلوگرم بر کیلووات) بسیار به هم نزدیک است. به عبارت دیگر، پیشرفت بیشتر در نسبت جرم به وزن موتورهای وانکل منجر به بهبود قابل توجهی در وسایل نقلیه vtol (عمود پرواز و فرود) کوتاه‌برد نمی‌شود.

design and weight optimization of a manned hybrid octocopter

this research aims to conceptually and optimally design a hybrid-electric octocopter to carry cargo or passengers. the drone uses a wankel engine connected to an electricity generator to drive the brushless motors or charge the batteries. a genetic algorithm is employed to optimize the total weight and thrust force. the design variables include the engine power، fuel tank capacity، capacity and number of battery cells، brushless motor speed constant، speed controllers' amperage، arm length، arms cross-section diameter، propeller radius، and propeller angular velocity. the engine's mass-to-weight ratio is considered a key input parameter of the algorithm used to study the effect of technology on the final design. two optimization objective functions are used: 1. maximizing the fuel-to-gross weight ratio and، 2. maximizing the thrust-to-weight ratio. numerical results show that long flight ranges of order 1000 km are achievable with the designs presented by the first objective function، thanks to their large fuel capacity. according to our calculations، the overall performance of the octocopter configurations obtained by the second objective function with engine mass-to-power ratios of a=0.3 and a=0.6 (kg/kw) is very close. in other words، further advancement in wankel engines' mass-to-weight ratio does not result in considerable improvements in short-range vtol vehicles.