https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/63493| Title: | Суррогатно-эволюционная оптимизация профилей крыла для беспилотных летальных аппаратов |
| Other Titles: | Surrogate-assisted evolutionary optimization of airfoil profiles for unmanned aerial vehicles |
| Authors: | Алексеев, В. Ф. Бавбель, Е. И. |
| Keywords: | публикации ученых;суррогатно-эволюционная оптимизация;профиль крыла;беспилотные летательные аппараты;многокритериальная оптимизация;NSGA-II;геометрическая параметризация;CFD-моделирование;малые числа Рейнольдса;фронт Парето;B-сплайны |
| Issue Date: | 2026 |
| Publisher: | МЦНС «Наука и Просвещение» |
| Citation: | Алексеев, В.Ф. Суррогатно-эволюционная оптимизация профилей крыла для беспилотных летальных аппаратов = Surrogate-assisted evolutionary optimization of airfoil profiles for unmanned aerial vehicles / В.Ф. Алексеев, Е. И. Бавбель // Наука, инновации, технологии: актуальные вопросы и современные аспекты : монография / под общ. ред. Г. Ю. Гуляева. ‒ Пенза : МЦНС «Наука и Просвещение», 2026. ‒ Гл. 2. ‒ С. 21‒53. |
| Abstract: | Представленная глава монографии посвящена разработке и систематическому изложению методологии суррогатно-эволюционной оптимизации для проектирования аэродинамических профилей крыла беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Работа объединяет теоретические основы многокритериальной оптимизации, эволюционных вычислений и вычислительной аэродинамики в целостный подход к решению актуальной инженерной задачи. В первой части монографии изложены теоретические предпосылки исследования. Рассмотрены специфические особенности аэродинамики малоразмерных БПЛА, обусловленные низкими числами Рейнольдса (Re = 104 -н 105) и сопутствующими физическими эффектами, включая ламинарно-турбулентный переход и формирование отрывных пузырей. Проанализированы ограничения традиционных методов проектирования профилей на базе семейств NACA и аналитических методов применительно к современным требованиям. Обоснована необходимость многокритериальной постановки задачи оптимизации, учитывающей противоречивые требования к аэродинамическому качеству (L/D), массовым характеристикам, технологичности и устойчивости к срыву потока. Изложены математические основы многокритериальной оптимизации, включая концепцию Парето-оптимальности, фронт Парето и принцип доминирования решений. Подробно рассмотрены эволюционные алгоритмы в приложении к аэрокосмическому проектированию: приведён обзор генетических алгоритмов, детально описан алгоритм NSGA-II как индустриальный стандарт многокритериальной оптимизации, а также представлены современные альтернативы (MOEA/D, NSGA-III). Вторая часть посвящена методологическим аспектам суррогатно-эволюционной оптимизации. Проведён сравнительный анализ методов геометрической параметризации профиля крыла - от классических NACA-подобных представлений и метода PARSEC до сплайновых методов на базе B-сплайнов и NURBS. Оценено влияние размерности пространства проектирования и гибкости формообразования на эффективность оптимизационного процесса. Обоснован выбор параметризации, обеспечивающей оптимальный баланс между выразительностью геометрического описания и вычислительной сложностью задачи. Рассмотрены особенности высокоточного CFD-моделирования обтекания профилей при низких числах Рейнольдса, включая выбор моделей турбулентности (Transition SST, у — R e@) для корректного предсказания ламинарно-турбулентного перехода, методологию постановки вычислительного эксперимента и верификацию модели на эталонных профилях. Монография предназначена для научных работников, инженеров-конструкторов и аспирантов в области авиационной техники, вычислительной аэродинамики и оптимизационного проектирования. |
| Alternative abstract: | This monograph is devoted to the development and systematic presentation of a surrogate- evolutionary optimization methodology for the design of unmanned aerial vehicle (UAV) wing aerofoils. The work integrates the theoretical foundations of multi-criteria optimization, evolutionary computation, and computational aerodynamics into a holistic approach to solving a pressing engineering problem. The first part of the monograph presents the theoretical background of the study. It examines the specific aerodynamic characteristics of small UAVs, owing to their low Reynolds numbers (Re = 104 -л 105) and associated physical effects, including laminar-turbulent transition and the formation of separation bubbles. The limitations of traditional airfoil design methods based on NACA families and analytical methods are analyzed in relation to modern requirements. The need for a multi-criteria optimization problem formulation, taking into account conflicting requirements for lift-to-drag ratio (L/D), mass characteristics, manufacturability, and stall resistance, is substantiated. The mathematical foundations of multi-objective optimization are presented, including the concept of Pareto optimality, the Pareto frontier, and the decision dominance principle. Evolutionary algorithms are examined in detail as applied to aerospace design: an overview of genetic algorithms is provided, the NSGA-II algorithm as an industry standard for multi-objective optimization is described in detail, and modern alternatives (MOEA/D, NSGA-III) are presented. The second part is devoted to the methodological aspects of surrogate-evolutionary optimization. A comparative analysis of methods for geometric parameterization of wing profiles is conducted, ranging from classical NACA-like representations and the PARSEC method to spline methods based on B-splines and NURBS. The influence of the design space dimensionality and shapeforming flexibility on the efficiency of the optimization process is assessed. The choice of parameterization that provides an optimal balance between the expressiveness of the geometric description and the computational complexity of the problem is substantiated. This article examines the specifics of high-precision CFD modeling of airfoil flows at low Reynolds numbers, including the selection of turbulence models (Transition SST, у — R^e) for accurately predicting the laminar-turbulent transition, the methodology for setting up a computational experiment, and model verification on reference airfoils. This monograph is intended for researchers, design engineers, and postgraduate students in the fields of aeronautical engineering, computational aerodynamics, and optimization design. |
| URI: | https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/63493 |
| Appears in Collections: | Публикации в зарубежных изданиях |
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Alexeev_Surrogatno.pdf | 9.66 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.