design algorithm
در نشریات گروه مکانیک-
سیستم پیشرانش الکتروآیرودینامیک در دهه اخیر به دلیل توانایی تولید رانش حتی در جوهای رقیق، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این مطالعه به بررسی جامع عملکرد و روند توسعه این سامانه پیشران پرداخته و مزایای آن در مقایسه با سامانه های معمولی را برجسته می کند. یکی از نکات کلیدی این تحقیق، بهینه سازی این سامانه با استفاده از یک الگوریتم ترکیبی ژنتیک و برنامه ریزی مربعی دنباله دار است تا سامانه برای مقادیر مختلف نیروی پیشران طراحی و بهینه سازی شود. سپس نتایج بهینه شده با اطلاعات موتورهای الکتریکی مقایسه شده و مزایا و معایب هر دو فناوری ارائه می گردد. یافته های این مطالعه نشان می دهد که در حالی که سیستم پیشران الکتروآیرودینامیک به ولتاژ بالاتری نسبت به موتورهای الکتریکی نیاز دارد که منجر به افزایش مصرف توان می شود، اما از نظر وزن مزیت مهمی دارد. با افزایش نیروی پیشران، جرم این سیستم بطور جزئی افزایش می یابد. برای مقادیر نیروی پیشرانش بین 10 تا 70 نیوتن، حداکثر افزایش جرم تنها به 333 گرم می رسد، که این امر آن را به گزینه ای جذاب تر برای کاربردهایی که رانش بالاتری نیاز دارند تبدیل می کند. همچنین تحلیل حساسیت صورت گرفته، نشان می دهد که افزایش حجم سامانه می تواند رانش را بدون افزایش مصرف توان افزایش دهد، هرچند این امر موجب افزایش جزئی جرم سامانه خواهد شد. به طور کلی، در حالی که افزایش مصرف توان نیازمند منبع انرژی و مبدل های سنگین تر است اما افزایش جزئی جرم این سیستم با افزایش رانش نشان می دهد که این سیستم به ویژه برای کاربردهای ارتفاع بالا که وزن عامل مهمی است، گزینه ای نویدبخش است.
کلید واژگان: پیشرانش الکتروآیرودینامیک، مقایسه عملکرد، باد یونی، آنالیزحساسیت، الگوریتم طراحیElectroaerodynamic (EAD) propulsion has gained considerable attention in aerospace research due to its ability to generate thrust even in rarefied atmospheres at high altitudes. This study presents a comprehensive analysis of the performance and optimization of a decoupled EAD propulsion system, emphasizing its potential advantages over conventional propulsion technologies. A hybrid genetic algorithm–sequential quadratic programming (GA-SQP) approach was employed to optimize the system across various thrust levels. The optimized results were compared with traditional electric motors, offering insights into key trade-offs between the two systems. Findings indicate that while the EAD propulsion system operates at higher voltages than electric motors—resulting in increased power consumption—it provides a distinct advantage in terms of weight. As thrust levels rise, the system's mass exhibits only a marginal increase. For thrust levels between 10 and 70 N, the maximum mass increment is limited to 333 g, making EAD propulsion particularly suitable for applications requiring high thrust-to-weight efficiency. Sensitivity analysis further reveals that increasing system volume enhances thrust without proportionally increasing power consumption, albeit at the cost of additional mass. Additionally, increasing the voltage across the system’s electrodes improves thrust and power consumption without affecting mass. Although higher power consumption necessitates larger energy storage and conversion systems, the minimal mass increase relative to thrust highlights the EAD propulsion system as a promising alternative for high-altitude and space applications where weight constraints are critical
Keywords: Electroaerodynamic, Performance Comparison, Ion Wind, Sensitivity Analysis, Design Algorithm -
در مقاله حاضر الگوریتم طراحی پیکره هواایست تاکتیکی در فاز طراحی مفهومی توسعه داده شده است. هواایست تاکتیکی به عنوان یک گام میانی برای بالن استراتوسفری است. الگوریتم توسعه داده شده، دارای چهار حلقه ی مجزا است و با استفاده از آن پارامترهای مهم طراحی و عملیاتی بالن مقید نظیر ابعاد بالن، شکل و ساختار دم ها، بودجه بندی جرمی اجزای بالن، درصد بالونت، جنس مواد، تنش وارد بر پوسته بالن، کشش افسار در وینچ، حاشیه پایداری استاتیکی، زاویه حمله، میزان عقب رفت بالن، طول افسار، پروفیل افسار، مکان نقطه ی گیرش و بسیاری از پارامترهای دیگر تعیین می شود. چرخه ی طراحی ارایه شده، با توجه به الزامات ورودی، برای یک بالن انجام شده و نتایج مربوط به طراحی ارایه شده است. به منظور بهینه سازی طراحی دم بالن مقید، از روش طراحی آزمایش تاگوچی و ماتریس آرایه های متعامد (45) L16 استفاده شده است. با استفاده از این روش 16 دم مختلف طراحی و اثر آن در طراحی و میزان پایداری استاتیکی بالن بررسی شده و دم بهینه معرفی شده است. با استفاده از الگوریتم حاضر، بالن مقیدی با طول 15.7 متر طراحی شده است که قابلیت حمل محموله 40 کیلوگرمی تا ارتفاع 200 متر را داراست. در نهایت اثر پارامترهایی نظیر سرعت باد عملیاتی، مقدار جرم محموله ی بالن، محل نصب محموله و ارتفاع منطقه عملیات بالن نسبت به سطح دریا بر روی پارامترهای عملکردی نظیر زاویه حمله ی بالن، مقدار حاشیه ی پایداری استاتیکی و مقدار کشش افسار در وینچ مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: هواایست تاکتیکی، طراحی هواایست، بالن مقید، چرخه طراحی، ضرایب آیرودینامیکIn this paper, an algorithm for the conceptual design of the aerostat is developed. This tactical aerostat is an intermediate step for stratospheric high altitude platforms. In the presented algorithm, the design and operational parameters of the aerostat such as geometry and dimension of the aerostat hull, shape and configuration of the tails, the mass budget of the balloon components, ballonet percentage, fabrics materials, stress of hull fabric, tether tension at the winch, static margin, angle of attack, blow by, tether length, tether profile, the confluence point position, etc. are determined via 4 distinguished loops. In addition, an aerostat is designed for the special given requirements using this algorithm, and the results are prepared in the paper. Furthermore, to optimize the tail sizing, the Taguchi orthogonal array L16 (45) is used. 16 different tails are designed and the static stability of the aerostat is analyzed using these tails and the final optimum geometry of the tail is introduced. Finally, the influence of the wind velocity, payload mass, payload position, and the operational height above mean sea level on the operational parameters of the aerostat are explored.Keywords: Tactical Aerostat, Aerostat Design, Tethered Balloon, Design algorithm, Aerodynamic coefficient
-
غالبا جهت تست زمینی موتورهای مورد استفاده در فضا از سکوی شبیه ساز ارتفاع استفاده می شود. این سکو مجهز به یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت است. جریان گازهای احتراقی خروجی از موتور به طور خودکار از طریق دیفیوزر به محیط اتمسفر تخلیه شده و فشار پایین مطلوب در اطراف موتور برقرار می شود. در صورتی که فشار موتور از حدی پایین تر باشد، جریان مافوق صوت در دیفیوزر برقرار نمی شود. در این حالت نیاز است از اجکتور کمکی در انتهای دیفیوزر استفاده شود. در تحقیق حاضر، الگوریتم جدیدی در طراحی اجکتور مافوق صوت توسعه داده شده است. برخلاف روش های رایج، الگوریتم مزبور قابلیت استفاده از سیال اولیه (ورودی از نازل اجکتور) و سیال ثانویه (خروجی از انتهای دیفیوزر) مختلف را دارد. در طراحی اجکتور، پارامترهای اصلی توسط الگوریتم تعیین می شوند؛ در حالیکه پارامترهای فرعی از نتایج تست تجربی مراجع معتبر و یا شبیه سازی عددی انتخاب می شوند. در الگوریتم طراحی، حاشیه اطمینان لازم برای کارکرد مطلوب اجکتور پیش بینی شده است که توسط شبیه سازی عددی جریان به دست می آید. همچنین از شبیه سازی عددی جریان برای تایید روش طراحی استفاده می شود. در انتها با استفاده از الگوریتم ارایه شده، یک اجکتور برای کم کردن فشار استارت یک مجموعه موتور-دیفیوزر مافوق صوت، طراحی شده است. شبیه سازی یکپارچه دیفیوزر-اجکتور برای دو حالت موتور خاموش و موتور روشن انجام شده و مناسب بودن طراحی انجام شده برای اجکتور در هر دو حالت مورد تایید قرار گرفته است.
کلید واژگان: شبیه ساز ارتفاع، اجکتور سیال ثانویه، دیفیوزر مافوق صوت، الگوریتم طراحی، شبیه سازی عددیUsually, ground testing of space engines is performed in high altitude test facility. The facility is equipped with a supersonic diffuser that expels automatically engine gases to the atmospheric pressure and maintains a vacuum pressure around its nozzle and motor. If the motor pressure is lower than a certain amount, the supersonic flow in the diffuser will not be established. In this situation, it is necessary to use auxiliary ejector at the end of the diffuser. In the present study, a new algorithm has been developed in the design of supersonic ejector. Unlike conventional methods, this algorithm can be used for different primary (input from the ejector nozzle) and secondary fluids (outlet from the diffuser end). In the design of the ejector, the main parameters are determined by the algorithm, while the secondary parameters are selected from the empirical test results of the proved references. In this algorithm, a safe margin is considered for the safe operation of the ejector and this margin is predicted by numerical simulation. Also, numerical simulation is used to validate the design method. Finally, using the proposed algorithm, an ejector is designed to reduce the start-up pressure of an engine-diffuser assembly. An integrated simulation of the diffuser-ejector was performed for both cases that rocket motor is off and on, and the appropriateness of the designed ejector was confirmed in both modes of operation
Keywords: Altitude Simulator, Secondary Flow Ejector, Supersonic Diffuser, Design algorithm, numerical simulation -
طراحی فضاپیمای سرنشین داری که قابلیت حمل یک تا دو سرنشین را به مدارهای پایینی زمین داشته باشد، مستلزم طی مراحل گوناگون طراحی و داشتن اطلاعات فنی از فضاپیماهای توسعه یافته از این دست است. در الگوریتم ارائه شده در این مقاله، مراحل طراحی مفهومی فضاپیمایی با نام “دوستی” در قالب قدم هایی یک به یک طی می شود. ابتدا پروفایل ماموریت با توجه به نیازهای داخلی و مرور ماموریت های فضاپیماهای گروه هدف استخراج و بر اساس آن نیازمندی های سطح سیستم تعیین می شود. سپس، با بهره گیری از مدل های آماری و به کارگیری دیدگاه سیستمی، ویژگی های کلی فضاپیمای دوستی و مشخصات جرمی و ابعادی آن استخراج می شود. نتایج حاصل از طراحی زیرسیستم های اصلی فضاپیما که با به کارگیری روش های مهندسی و بهره برداری از مدل های آماری و پارامتری انجام گرفته در مرحله بعد اعلام می شود. آنگاه، طرح حاصل، سبک و سنگین می شود تا اصلاحات مورد نیاز در سطح سیستم اعمال شود. ویژگی های فضاپیما با نمونه های آماری صحت سنجی و در پایان، طرح نهایی فضاپیمای دوستی ارائه می شود.
کلید واژگان: فضاپیمای سرنشین دار، طراحی مفهومی، الگوریتم طراحی پروفایل ماموریت فضاپیمای سرنشین دار، نیازمندی های طراحیTo design a manned spacecraft carrying one to two crews to the low Earth orbits, design phases should be completed in various levels. It also needs to gather manned spacecrafts technical data which is developed in the same category. In the system design algorithm presented in this paper, the conceptual design sequences of a manned spacecraft named Dousti is accomplished systematically. First of all, in accordance with a target group of manned spacecrafts’ mission, Dousti’s mission profile is defined and system level requirements are recognized. User’s requirements are also considered in the mission profile and subsequently in system level requirements. General characteristics of Dousti spacecraft as well as its mass and dimensional features are derived in the next step. Statistics and parametric models are systematically applied in design sequence. Then, final characteristics of the spacecraft’s main subsystems designed through engineering methods and applying parametric models are introduced. Afterwards, resulting characteristics of the spacecraft are traded off to reform and then validated by statistics and parametric models to present the final plan.Keywords: manned spacecraft, conceptual design, system design, design algorithm, manned spacecraft mission profile, design requirements
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.