فهرست مطالب

دانش و فناوری هوافضا - سال پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1395)

نشریه دانش و فناوری هوافضا
سال پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/07/06
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهناز ذاکری*، ابوالفضل جعفری صفحه 7
    هدف از این مطالعه پیش بینی محدوده آلاینده NOx بر اساس ویژگی های استخراج شده از تصویر شعله (شامل ویژگی های هندسی و نورتابی) می باشد. به بیان دیگر، در این مطالعه ارتباط بین تصاویر ثبت شده از شعله در نقاط مختلف عملکردی یک محفظه احتراق آزمایشگاهی با کاربرد در توربین های گازی نیروگاهی، با مقادیر اندازه گیری شده سطح آلاینده NOx تولید شده در این نقاط عملکردی، به کمک پردازش تصویر شعله و بکارگیری سه روش شبکه عصبی متفاوت بررسی شده است. ویژگی های مختلف استخراج شده از تصویر شعله بعنوان ورودی به شبکه های عصبی LVQ، SOM و MLP ارایه گردیده و بر این اساس محدوده مقادیر NOx مربوط به تصاویر شعله، پیش بینی شده و با مقادیر اندازه گیری شده از محفظه صحت سنجی می شود. آزمایشات مربوطه با بکارگیری چهار نوع انژکتور پاشش سوخت ثانویه، با ساختار هندسی و طراحی متفاوت، در شرایط نسبت هم ارزی کلی در محدوده 0/9~ 0/7 همراه با مقادیر مختلف دبی پاشش سوخت ثانویه در محدوده 4/2 ~0.0 لیتر بر دقیقه قبلا انجام شده اند. نتایج نشان می دهند که شبکه عصبی LVQ جهت پیش بینی میزان آلایندگی NOx با دقت 97% توانایی بالاتری نسبت به شبکه عصبی MLP (با دقت 95%) و SOM (با دقت 89%) از خود نشان می دهد. نوآوری این پژوهش در آن است که تاکنون بر روی این محفظه احتراق (همراه با پاشش سوخت ثانویه) هیچ گونه مطالعه بر پایه پردازش تصویر شعله صورت نگرفته است.
  • جاماسب پیرکندی*، مهدی جهرمی، مجتبی محمدپور صفحه 29
    در این مقاله یک موتور مینی توربوفن مورد استفاده در یک پهپاد با مداومت پروازی 25 ساعت در مرحله طراحی انتخاب شده و تحلیل های مربوط به پیش بینی قابلیت اطمینان و تعمیرات و نگه داری موتور، انجام شده است. مدل سازی موتور توربوفن با استفاده از دیاگرام های بلوکی انجام گرفته است و قابلیت اطمینان، اهمیت قابلیت اطمینان و قابلیت دسترسی موتور و اجزای آن به دست آمده است. قابلیت اطمینان موتور در 126 ساعت پروازی به زیر 98 درصد می رسد. جهت ارتقای سطح قابلیت اطمینان موتور، از تخصیص قابلیت اطمینان 98 درصد برای 250 ساعت پرواز استفاده شده است. قابلیت دسترسی موتور توربوفن تحت بررسی با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، تحلیل شده و مقدار آن برای 3 سال برابر 0/753 درصد تخمین زده شده و سیاست تعمیرات و نگهداری پیش گیرانه پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: موتور مینی توربوفن، پهپاد، روند خرابی، تعمیرپذیری
  • جعفر روشنی یان، عبدالمجید خوشنود *، مهدی حسنی، احسان حسنی صفحه 45
    استفاده از اغتشاشات مداری در طراحی سیستم های کنترلی سامانه های فضایی، تاکنون توسط محققین مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله روش های کارآمد برای تخمین اغتشاشات مداری استفاده از دینامیک معکوس می باشد که در آن با استفاده از معادلات دینامیکی و جایگزینی مقادیر اندازه گیری با متغیرهای معادلات دینامیکی، گشتاورهای اغتشاشی تخمین زده می شوند. چالش اصلی در استفاده از روش دینامیک معکوس، محاسبه مقادیر مشتق متغیرهای وضعیت ماهواره، در حالت اندازه گیری های نویزدار، است که باعث افزایش تاثیر نویز بر کیفیت تخمین می گردد. فرضیات در نظر گرفته شده برای برطرف ساختن این چالش، در روش های ارایه شده قبلی، باعث کاهش دقت تخمین گردیده است. در این مقاله از الگوریتم مدلغزشی مرتبه دوم برای محاسبه مشتق خروجی های نویزدار استفاده می گردد. طراحی مشتق گیر ارایه شده به گونه ای انجام می پذیرد که با قرارگرفتن بردار خطای اندازه گیری روی صفحه لغزش و مستقل شدن از نویز اندازه گیری، مشتق گیری در محیطی مستقل از نویز انجام می پذیرد. با بررسی نتایج شبیه سازی تخمین اغتشاشات مداری، عملکرد مناسب این روش برای تخمین گشتاورهای اغتشاشی در مدار نسبت به روش های دیگر تایید می گردد.
    کلیدواژگان: ماهواره، اغتشاشات مداری، تئوری مدلغزشی، دینامیک معکوس
  • حامد شهبازی*، وحید تیکنی صفحه 55
    با توجه به مدل دینامیکی غیرخطی و کوپل پهباد چهارروتوره، طراحی کنترلر برای آن با تعداد زیادی از پارامترهای طراحی به هم وابسته درگیر است. در این مقاله به بررسی کاربرد الگوریتم های فراابتکاری برای طراحی و بهینه سازی پارامترهای کنترلر PID برای پهباد چهارروتوره پرداخته شده است. سه روش بهینه سازی ازدحام ذرات، جستجوی هارمونی و الگوریتم ژنتیک برای این منظور انتخاب شده اند. روش ازدحام ذرات با بهینه سازی بهتر بهره های کنترلی، در نهایت با کاهش بیشتر تابع هزینه نسبت به سایر الگوریتم های تکاملی پاسخ مناسب تری را ارائه می دهد. یک مجموعه آزمایشگاهی دو درجه آزادی شامل حسگرهای شتاب سنج و ژیروسکوپ به همراه میکروکنترلر برای پیاده سازی کنترلر زاویه ای PID طراحی و ساخته شده است. با توجه به اینکه داده های آزمایشگاهی دارای خطا و نویز هستند از فیلتر کالمن برای کاهش نویز حسگر استفاده شده است. در نهایت استفاده از فیلتر کالمن برای فیلتر داده های آزمایشگاهی منجر به کنترل زاویه ای مناسب مجموعه شده است.
    کلیدواژگان: کنترل، فیلتر کالمن، الگوریتم فرا ابتکاری، پهپاد چهارروتوره، بهینه سازی
  • علی میرمحمدی*، امیر عطا ورعی صفحه 67
    جریان گاز فشار قوی در خروجی نازل موتورهای جت و راکت ها و در داخل اتاق احتراق موتورهای گازسوز یکی از عوامل موثر بر نیروی پیشران، مصرف سوخت، میزان آلایندگی و راندمان موتورها می باشد. از این رو مطالعه ی آن حائز اهمیت زیادی است. خروج فشار قوی گاز از نازل و فرآیند اختلاط با هوای محیط، وابسته به ویژگی های جریان تراکم پذیر مانند موج های تراکمی و بشکه ای شکل، ایجاد موج های متوقف کننده و شاک است. هدف این تحقیق مطالعه عددی این ویژگی ها می باشد. نتایج نمودارهای صفحه ماخ، پروفایل سرعت و فشار که از عوامل موثر در تشکیل مرز جریان گاز خروجی از نازل می باشند، در این مقاله ارائه شد. نتایج شبیه سازی های جریان جت گاز نشان داد که اگر نسبت فشار قوی تر از 81.4:1 باشد شکل گیری مرز جت گاز به علت زیاد بودن انرژی جنبشی مستقل از لزجت یا آشفته بودن جریان در جت گاز است. همچنین نتایج نشان داد که اگر نسبت فشار از 18.6:1 بالاتر باشد مشخصه های جریان مانند عدد ماخ محلی و فشار بی بعد شده P/Pn مستقل از نسبت فشار بین نازل و محیط بوده و تنها به مسافت بی بعد شده x/d بستگی دارد.
    کلیدواژگان: جریان فشار قوی گاز، پروفایل سرعت، تشکیل مخلوط، صفحه ماخ
  • علیرضا مختاری، مسعود مسیبی*، شهرام یوسفی صفحه 79
    در سکوهای تست شش مولفه ای، به کمک آرایشی از ستون های لودسل - فلکسچر، مولفه های نیرو و گشتاور بردار رانش یک سامانه ی پیشران اندازه گیری می گردد. در این تحقیق، ابتدا ملاحظات اساسی در فرآیند طراحی فلکسچر یک سکوی تست شش مولفه ای خاص ارائه شده، سپس فلکسچری با ساختار هندسی جدید جهت برآورده نمودن این ملاحظات پیشنهاد می گردد. در ادامه به کمک قاعده محاسباتی بهینه سازی چند بعدی مقید، ابعاد هندسی فلکسچر به دست می آید. در گام بعدی، فلکسچر طراحی شده به کمک روش المان محدود تحلیل گردیده و نتایج با حل تحلیلی مقایسه می گردد. به منظور صحه گذاری نتایج حاصل از تحلیل تئوری، مقادیر فرکانس طبیعی و بار بحرانی کمانش فلکسچر به روش تجربی اندازه گیری شده اند. با توجه به برآورده نمودن هم زمان همه ملاحظات طراحی و تطابق خوب بین نتایج تحلیل تئوری و تجربی، طرح فلکسچر پیشنهادی انتخاب مناسبی برای استفاده در سکوی تست سامانه پیشران مدنظر می باشد.
    کلیدواژگان: فلکسچر، طراحی بهینه، سکوی تست
|
  • Jamasb Pirkandi *, Mehdi Jahromi, Mojtaba Mohammadpour Page 29
    In this paper a mini turbofan engine which would be used in a UAV with 25 hours mission time in each flight, is considered to be in the early and reverse design phase and reliability and maintainability analysis have been performed. To overcome the lack of data in design phase, it is used generic data or expert judgments.Then simulation process utilizing reliability block diagrams is performed. The results involve reliability evaluation of system, reliability importance and availability. The engine has less than 98 percent reliability in 126 flight hours. A reliability allocation method has been utilized to improve the reliability measure to 98 percent in 250 flight hours. An availability analysis utilizing Monte Carlo simulation has been done and 0.753 percent as mean availability has been estimated during 3 years usage and maintenance policies have been proposed for 3 years usage of the engine. Results reveal that the oil and fuel filters, pumps and the disks and blades of the rotating subsystems are the most critical parts of the engine.
    Keywords: Mini turbofan engine, UAV, Failure trend, Maintenance
  • Jafar Roshanian, Abdolmajid Khoshnood*, Mehdi Hasani, Ehsan Hasani Page 45
    Several methods for perturbation estimation can be found in the literatures. The dynamic Inversion technique is a well-known technique to estimate perturbation in the noisy environment. The main idea in the dynamic inversion techniques is replacing the measurement output by state variables in the dynamic equation. The problem with implementing the dynamic inversion method is that it might be difficult to construct the derivative output from noisy measurement. In this paper, a second order sliding mode differentiator and super twisting algorithm is applied for obtaining the derivative of noisy measurement signal. For this purpose, after the measurement noise has been approaches to sliding surface, the measurement output has been decoupled from noisy environment and it is possible to extract derivatives of measurement signal in a noise-free environment. The proposed method is evaluated to estimate the space perturbation in the presence of measurement noise. The advantages of the proposed method in comparison with other methods are illustrated through simulations.
    Keywords: Spacecraft, Orbital Perturbation, Sliding mode theory, Dynamic Inversion
  • Hamed Shahbazi *, Vahid Tikani Page 55
    Quadrotor is a flying robot with six degrees of freedom which can do vertical flight and complex maneuvers. Since the robot has nonlinear and coupled dynamic model, designing a controller with desired performance involves a large number of interdependent design parameters. The application of meta-heuristic algorithms for PID controller design and adjusting the gain values of the controller is presented in the paper. Therefor three meta-heuristic algorithms have been used for optimal tuning of PID parameters. Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) and Harmony Search (HS) are compared in minimizing the performance criteria formula that can result a better performance for controlling of quadrotor. Finally the PSO algorithm could reduce the cost function more than other evolutionary algorithms and provides suitable answers. To study the performance of PID controller on attitude control of the system, a quadrotor is installed to the designed stand. The system consists of accelerometer and gyroscope sensors and a microcontroller which is used to design PID attitude controller for the quadrotor. Considering that the experimental data has lots of errors and noises, Kalman filter is used to reduce the noises. Finally using the Kalman filter leads to better estimation of the quadrotor angle position and the PID controller performs the desired motions successfully.
    Keywords: Control, PID Controller, Metaheuristic Algorithms, Quadrotor Drones, Optimization
  • Ali Mirmohammadi *, Ami Ata Varaei Page 67
    High pressure gas flow at the outlet of the nozzle jet and rocket engines and gas engines in the combustion chamber is one of the factors affecting driving force, fuel consumption, emissions and engine efficiency. Hence its study is very important. High pressure gas from the nozzle exit and the process of mixing with ambient air, depending on the flow properties of compressibility and density barrel shaped like waves, creating shock waves and the stopper. The purpose of this article is the numerical study of these properties. The Mach disk contours, speed and pressure profile that is the effective parameters in the gas flow exit from the nozzles are presented in this paper. Gas jet flow simulation results showed that high pressure ratio of 81.4: 1, the formation of the gas jet boundary due to the high amount of kinetic energy is independent of viscosity or turbulent flow in the gas jet. Also the results showed that if the pressure ratio is higher than 18.6: 1 the characteristics of the local Mach number and the dimensionless pressure P/Pn is independent of the pressure ratio between the nozzle and the environment, which it depends only on dimensionless distance x/d.
    Keywords: High pressure gas flow, Velocity profile, mixture formation, mach disc
  • Ali Reza Mokhtari, Masoud Mosayebi *, Shahram Yousefi Page 79
    By arrangement of flexure-load cell columns in the six-component test stands, the thrust vector components of force and moment of a propulsion system can be measured. In this research, the main considerations in the flexure design process of a six component test stand is introduced. Also, a Flexure with new geometric structure to take account of these considerations is proposed. Then, by using computational constrained multi-dimensional optimization of direct methods, geometrical dimensions of the flexure are calculated. In the next step, finite element analysis is carried out on designed flexure and its results are compared with results of the analytical solution. To validate the results of the theoretical solution, natural frequencies of the flexure and buckling critical loads are measured experimentally. Based on the acceptable correlation of the theoretical and experimental results, it can be said that the proposed flexure is a good choice for using in a propulsion system six - component test stand.
    Keywords: Flexure, Optimization Design, Test Stand