บริบทการปฏิบัติแบบหลายวัตถุประสงค์ของการออกแบบปีกซูเปอร์คริติคอล

ในงานวิศวกรรมการบินจริงปีกซูเปอร์คริติคอลเป้าหมายการออกแบบไม่เคยเป็นการผลักดันตัวชี้วัดใดตัวชี้วัดหนึ่งไปจนสุดขีด แต่เป็นการทำให้ตัวชี้วัดทางวิศวกรรมหลายตัวพร้อมกันอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ ภายใต้สภาวะการบินcruiseแบบทรานโซนิกซึ่งเป็นสภาวะทั่วไป การไหลของอากาศบนผิวด้านบนของปีกจะถูกเร่งจนถึงความเร็วเหนือเสียงแล้วชะลอลงผ่านคลื่นกระแทก ตำแหน่งและความรุนแรงของคลื่นกระแทกกำหนดทั้งระดับแรงต้านและขอบเขตเริ่มต้นของการสั่นสะเทือน (buffet) ดังนั้นปัญหาประเภทนี้จึงแสดงออกตามธรรมชาติเป็นความขัดแย้งและการแลกเปลี่ยนระหว่างหลายวัตถุประสงค์ไม่ใช่ปัญหาการหาค่าเหมาะที่สุดเดี่ยวที่มีคำตอบดีที่สุดเพียงหนึ่งเดียว

เหตุใดข้อจำกัดทั้งสามประการจึงต้องเป็นจริงพร้อมกัน

ยกตัวอย่างการออกแบบปีกซูเปอร์คริติคอลของ COMAC ผู้้ออกแบบไม่ได้เผชิญกับตัวชี้วัดเพียงตัวเดียว แต่เป็นข้อกำหนดสามประเภทที่ถ่วงดุลกัน:

• ค่าสัมประสิทธิ์แรงยกวิกฤตต่อการสั่นสะเทือน: มันกำหนดขอบเขตความปลอดภัยและแรงยกที่ใช้งานได้ หากการสั่นสะเทือนเกิดขึ้นก่อนเวลา ส่วนเผื่อการสั่นสะเทือนและขอบเขตการบินที่ใช้งานได้จะถูกบีบแคบลง ดังนั้นจึงมีความหมายด้านความปลอดภัยสูง ไม่สามารถเสียสละเพื่อตัวชี้วัดอื่นได้ตามอำเภอใจ
• อัตราส่วนแรงยกต่อแรงต้านในการบินcruise: มันสะท้อนประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์และความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจโดยตรง กำหนดพิสัยการบินcruise อัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและต้นทุนการดำเนินงาน เป็นแหล่งผลประโยชน์ที่ได้รับการให้ความสำคัญมากที่สุดของปีกซูเปอร์คริติคอล
• ต้นทุนการจำลองความแม่นยำสูง: การประเมินทางอากาศพลศาสตร์ความเที่ยงตรงสูงแต่ละครั้งมีต้นทุนการคำนวณสูงมาก การลองผิดลองถูกทีละจุดและการคัดกรองแบบลำดับไม่สามารถครอบคลุมพื้นที่การออกแบบที่ใหญ่พอได้ งบประมาณการสำรวจจึงถูกจำกัดอย่างรุนแรง

ความขัดแย้งเกิดขึ้นจากไหน

การเพิ่มอัตราส่วนแรงยกต่อแรงต้านในการบินcruiseมักต้องอาศัยพื้นที่แรงดูดที่ขอบนำที่แข็งแกร่งขึ้นและคลื่นกระแทกที่อยู่ท้ายขึ้น แต่สิ่งนี้จะลดทอนขอบเขตการสั่นสะเทือน ในทางกลับกัน การทำให้ปีกนุ่มนวลขึ้นเพื่อรักษาส่วนเผื่อการสั่นสะเทือนอาจเสียสละประสิทธิภาพการบินcruise ดังนั้น "ปรับตัวหนึ่งขึ้น อีกตัวหนึ่งแย่ลง" จึงกลายเป็นเรื่องปกติ สิ่งที่วิศวกรรมต้องการจริงๆ ไม่ใช่คำตอบดีที่สุดเพียงหนึ่งเดียว แต่เป็นชุดทางเลือกประนีประนอมที่ใช้ได้ภายใต้ความ偏好ที่แตกต่างกัน เพื่อให้การตัดสินใจเลือกได้อย่างอธิบายได้ระหว่างความปลอดภัย ประสิทธิภาพและต้นทุน

นี่คือจุดที่การคำนวณเชิงวิวัฒนาการและการสร้างแบบจำลองเชิงสร้างสรรค์สามารถเข้ามามีบทบาท: ระบบผสมผสานปีกพื้นฐานกับตัวอย่างที่ถูกรบกวนเพื่อสร้างและทำนายอย่างต่อเนื่อง ให้ผลลัพธ์เป็นทางเลือกที่หลากหลายซึ่งคำนึงถึงตัวชี้วัดต่างๆ จึงหลีกเลี่ยงคอขวดแบบดั้งเดิมอย่าง "ต้นทุนการจำลองความแม่นยำสูงที่แพงลิบ" และเปลี่ยนกระบวนการคัดกรองแบบลำดับให้เป็นการสำรวจหลายวัตถุประสงค์แบบขนานได้