Diseño optimizado de sistemas de interconexión de cables eléctricos para aeronaves
La Unión Europea evoluciona hacia las aeronaves totalmente eléctricas. La optimización del sistema de cableado con alta dimensionalidad, cuyo funcionamiento depende de un gran número de variables y restricciones, es una tarea idónea para ser resuelta con algoritmos de modelización y optimización. Los científicos del proyecto HAROS-HD (Hybrid adaptive robust optimization strategy for EWIS high dimensional systems), financiado por la Unión Europea, desarrollaron un prototipo de software para este propósito. Este software combina tecnologías de modelización mediante sustitutos para crear nuevas técnicas y algoritmos de optimización basadas en sustitutos. Los modelos sustitutos se aproximan al comportamiento multivariante de sistemas mediante un número limitado de simulaciones que consumen abundantes recursos computacionales. La optimización basada en sustitutos aprovecha estos modelos y busca el diseño óptimo para mejorar de forma notable el rendimiento del diseño. Los científicos crearon técnicas de descomposición avanzada de grafos que ayudan a estructurar la información sobre el problema de los EWIS y extraer dependencias. El equipo utilizó algoritmos de aprendizaje activo que muestrean de forma inteligente el espacio de diseño con el fin de identificar las regiones viables y generar los modelos sustitutos más precisos posibles del sistema discreto EWIS. Se crearon algoritmos de mapas autoorganizados basados en la optimización (SOMBAS) con el fin de realizar un llenado rápido del espacio de las regiones de diseños viables e identificar los contornos. Técnicas complementarias aceleran la ejecución de los algoritmos de aprendizaje activo y SOMBAS. Al mismo tiempo, se mejoraron los algoritmos de entropía cruzada y se desarrolló un algoritmo de Hooke-Jeeves de búsqueda de patrones en variantes con el fin de solventar problemas de optimización complejos y a gran escala. El método de entropía cruzada se basa en un método probabilista que convierte problemas discretos en continuos, mientras que el algoritmo de búsqueda de patrones analiza el espacio de diseño con mayor eficacia. El prototipo de software permite optimizar de forma eficiente y eficaz sistemas de alta dimensionalidad como los EWIS. Los investigadores instalaron satisfactoriamente el prototipo del sistema de HAROS-HD en un arnés de cables (que contenía cuarenta y ocho de ellos) para el EWIS de un avión, habiendo más de cuatrocientas variables de diseño y diez mil restricciones. Su comercialización permitirá ahorrar tiempo y dinero en la fase crítica de diseño de la optimización de EWIS y, a la vez, reducirá el peso asociado al cableado mediante las mejoras en el diseño. Esto aumentará la competitividad del sector aeroespacial de la Unión Europea y reducirá el impacto medioambiental de los vuelos.
Palabras clave
Avión, aeronave, sistema de interconexión de cables eléctricos, alta dimensionalidad, HAROS-HD, espacio de diseño
