فهرست مطالب

دانش و فناوری هوافضا - سال پنجم شماره 1 (بهار و تابستان 1395)

نشریه دانش و فناوری هوافضا
سال پنجم شماره 1 (بهار و تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مریم مبینی بیدگلی*، سید حسین ساداتی صفحات 7-16
    در این مقاله کنترل پرواز براساس وارون دینامیک تطبیقی با جداسازی مقیاس زمانی برای هواپیما ارائه شده است. به دلیل رفتار غیرخطی دینامیک وسیله پرنده، مسئله کنترل پرواز در طراحی اجسام پرنده موضوعی نسبتا پیچیده و مهم محسوب می شود. علاوه بر روش های سنتی، روش های وارون دینامیک، فازی، تطبیقی و روش های مبتنی بر شبکه عصبی نیز در این زمینه به کار رفته اند. بعد از بررسی آنها، روش ترکیبی وارون دینامیک تطبیقی برای تعقیب فرمان زاویه های حمله، لغزش جانبی و رول در دستگاه باد ( ) انتخاب شده است. معادلات حرکت کامل شش درجه آزادی هواپیما جهت تعقیب فرمان های ورودی آمده است. چون روش وارون دینامیک به مدل کامل و دقیق دینامیک هواپیما نیاز دارد، برای جبران این نقص از کنترل کننده تطبیقی استفاده شده است. دینامیک سیستم براساس جداسازی مقیاس زمانی به دو حلقه داخلی سریع و حلقه خارجی کند تقسیم شده و کنترل تطبیقی فقط در حلقه داخلی و وارون دینامیک در حلقه خارجی اعمال شده اند. عملکرد روش پیشنهادی با نتایج حاصل از روش وارون دینامیک مقایسه شده و نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده تاثیر کنترل کننده وارون دینامیک تطبیقی است.
    کلیدواژگان: کنترل کننده پرواز، وارون دینامیک تطبیقی، وارون دینامیک، کنترل کننده تطبیقی، جداسازی مقیاس زمانی
  • امین نیکوبین*، نسترن سامانی صفحات 17-30
    در این مقاله روشی جدید براساس حل غیرمستقیم مسئله کنترل بهینه برای طراحی مسیر بهینه ربات فضایی شناور - آزاد، در حرکت نقطه به نقطه ارائه شده است. برای این منظور، معادلات دینامیکی سیستم در کنار قیود غیرهولونومیک ناشی از برقراری قانون بقای ممنتم زاویه ای در فرم فضای حالت استخراج می شود. سپس با استفاده از قضیه اساسی حساب تغییرات، شرایط لازم بهینگی به دست می آید. معادلات حاصل به یک مسئله مقدار مرزی دونقطه ای منجر می شود که حل آنها مسیر بهینه و تابع کنترل بهینه را نتیجه خواهد داد. در روش ارائه شده می توان هم فضاپیما و هم منیپولاتور را از موقعیت اولیه به موقعیت نهایی به گونه ای رساند که علاوه بر برآوردن دقیق شرایط مرزی، معادلات دینامیکی و قیود غیرهولونومیک، یک تابع عملکرد همچون توان یا گشتاور مصرفی نیز کمینه شود. در این مقاله شبیه سازی برای یک ربات فضایی شناور - آزاد دو لینکی انجام شده، نتایج حاصل با کارهای قبلی مقایسه و نهایتا کارایی روش پیشنهادی در کاهش حرکت پایه نمایش داده شده است.
    کلیدواژگان: ربات فضایی شناور، آزاد، طراحی مسیر بهینه، حرکت نقطه به نقطه، کنترل بهینه، روش غیرمستقیم
  • حسین مهدوی مقدم*، جواد حسین پور صفحات 31-40
    در این مقاله، تاثیر میدان مغناطیسی بر شعله نفوذی هیدروژن (کسر حجمی 0/3 هیدروژن و 0/7 نیتروژن) بر پارامترهایی چون شکل شعله، حرارت تولیدشده در اثر واکنش و میزان هیدروژن نسوخته در محصولات احتراق مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور میدان مغناطیسی با مقادیر 0/5، 1، 1/5، 2، 3 و 4 تسلا به طور مستقیم بر شعله اعمال و مشاهده می شود که با اعمال میدان مغناطیسی شکل شعله کوچکتر شده و ارتفاع آن کاهش می یابد. همچنین مقدار هیدروژن نسوخته در محصولات احتراق که در Y=1 میلی متر اندازه گیری شده، کاهش می یابد. با اعمال میدان مغناطیسی در جریان، نیروی لورنتس تولید می شود که با جهت جریان مخالفت می کند. نیروی لورنتس ایجادشده خود سبب تغییر در شکل شعله، حرارت تولیدشده در اثر واکنش و محصولات احتراق می شود. به عبارت دیگر این نیرو سبب برگشت هیدروژن نسوخته به سمت شعله می شود. همچنین مقدار حرارت تولیدشده در اثر واکنش با افزایش میدان مغناطیسی افزایش می یابد و شعله نیز کوچکتر می شود. این نتایج اثبات می کند که اعمال میدان مغناطیسی بر شعله سبب احتراق کامل تر و بهینه تر می گردد. گفتنی است برای اعمال تاثیر میدان مغناطیسی بر معادلات حاکم (نیروی لورنتس و نرخ گرمایش ژول)، از برنامه نویسی سی. استفاده شده است.
    کلیدواژگان: احتراق، شعله هیدروژن، میدان مغناطیسی، مگنتوهیدرودینامیک
  • مازیار شفایی روشنی*، سجاد محمودزاده، آرمین آبده کیخا صفحات 41-53
    در مقاله حاضر مطالعه ای آزمایشگاهی به همراه شبیه سازی عددی توسط نرم افزار اوپن فوم برای بررسی آثار شرایط جریانی و هندسی اتمایزر بر مشخصات اسپری تولیدشده روی یک اتمایزر دوسیاله هوا - وزش انجام شده است. در مطالعه آزمایشگاهی قطر میانگین سوتر قطرات توسط سامانه لیزری مالورن برای اعداد وبر در محدوده 727 تا 2250، رینولدز مایع 1650 و برای چهار قطر تزریق مختلف اندازه گیری شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از روش ردیابی ذرات گسسته بر مبنای رهیافت اویلری - لاگرانژی انجام شده است. در شبیه سازی عددی به منظور مدلسازی شکست اولیه جت مایع از توزیع روزین راملر و برای شکست ثانویه نیز از مدل کلوین هلمهولتز - رایلی تیلور استفاده شده است. نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان می دهد در یک وبر مشخص افزایش قطر تزریق مایع باعث افزایش قطر میانگین سوتر شده و در اعداد وبر بالا تاثیر قطر تزریق بر قطر میانگین سوتر کاهش می یابد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد پارامترهای هندسی طول اختلاط گاز مایع و زاویه تزریق مایع تاثیر ناچیزی بر عمق نفوذ اسپری دارد؛ در حالی که قطر تزریق مایع تاثیر قابل توجهی بر این مشخصه اسپری می گذارد و با افزایش آن، عمق نفوذ اسپری کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: اتمایزر هوا، وزش، اوپن فوم، قطر میانگین سوتر، عدد وبر، سامانه ی لیزری مالورن
  • سهیلا عبدالهی*، عباس مردانی، سید آرش سید شمس طالقانی صفحات 55-65
    بهره وری و عملکرد یک وسیله هوافضایی یا فضاپیمایی که در جو پرواز می کند، تا حدود زیادی به فیزیک جریان اطراف این وسیله بستگی دارد. گرمای زیاد تولیدشده پیرامون کپسول فضایی در بازگشت به جو چالشی بزرگ محسوب می شود؛ این در حالی است که استفاده از سیستم های محافظت حرارتی هزینه های بالایی دارد. بنابراین در این مقاله، تاثیر کنترل جریان به وسیله جت محوری خلاف جریان بر عملکرد ائروترمودینامیکی کپسول برگشت به جو آپولو با مقیاس 2/6 درصد بررسی شده است. برای این منظور، عملکرد ائرودینامیکی این کپسول تحت کنترل در 5 دبی جرمی متفاوت جت در ماخ جریان آزاد 3/48 بررسی شده است. بررسی ها نشان می دهد که با افزایش دبی جرمی جت، دو رژیم جریان قابل مشاهده است: رژیم نفوذ طولانی و رژیم نفوذ کوتاه. رژیم نفوذ طولانی، که در آهنگ های کم اتفاق می افتد، باعث می شود فاصله شوک ایجادشده از بدنه افزایش بیابد و جریان ناپایا و نوسانی گردد و رژیم نفوذ کوتاه که باعث می شود فاصله شوک ایجادشده از بدنه کاهش بیابد و جریان پایا شود و در آهنگ های زیاد اتفاق می افتد. انتقال از رژیم اول به دوم در آهنگ جرمی بین 0/0145 و 0/113 کیلوگرم بر ثانیه رخ می دهد. نتایج نشان می دهد که استفاده از جت می تواند منجر به کاهشی حدود 80 درصد در ضریب درگ شود. همچنین در این مقاله اثر تحریک جت خروجی به صورت پالسی در دو فرکانس1000 و 2000 هرتز به منظور کاهش تزریق سیال بررسی شده است و نتایج حاصل از آن نشان می دهد که افزایش فرکانس به 2000 هرتز می تواند تا حدود 60 درصد درگ را کاهش دهد.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، اجسام بازگشت پذیر به جو، جت خلاف جریان، ضریب درگ، پالس
  • حمید سالاروند*، شهرام یوسفی، منوچهر شاه حیدری صفحات 67-76
    بهینه سازی توپولوژی از جمله روش های بهینه سازی سازه هاست و هدف آن یافتن بهترین حالت هندسی و عملکردی سازه می باشد. در این روش، هندسه بهینه و توزیع ماده برای یک سازه، در فضایی که باید جای گیرد، تولید می شود. به عبارت دیگر شکل اولیه سازه در معرض بارهای وارده به صورت بهینه تولید می شود. در این روش، که به کمک المان محدود ایجاد می شود، قسمت هایی از المان ها که قابلیت حذف دارند؛ یعنی تحت تنش نیستند، مطابق الزامات تعریف شده در چرخه های تحلیلی از مدل حذف و بهینه ترین شکل ممکن برای قطعه مورد نظر به نحوی که قادر به حفظ شرایط عملکردی باشد پیشنهاد می شود. در این مقاله، تحلیل توپولوژی روی یک سازه صفحه ای انجام شده است و در آن تغیرات مختلف در اعمال شرایط مرزی، بارگذاری و قیدها بررسی و هندسه بهینه در هر حالت استخراج شده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی سازه، بهینه سازی توپولوژی، روش المان محدود
  • نیما بهشتی زاده، امیر مصطفی پور، حسن بیگلری* صفحات 77-87
    کامپوزیت الیاف شیشه / اپوکسی از جمله پرکاربردترین کامپوزیت های زمینه پلیمری است که به دلیل خواصی چون استحکام بالا نسبت به وزن، سفتی ویژه بالا، مقاومت خوردگی بالا، انبساط حرارتی کم، مقاومت در برابر اشعه های اتمی و جذب کنندگی انرژی در صنایع مختلف مصرف بالایی دارد. سازوکار عدم تحمل بار و شروع ترک و خرابی به صورت های متنوعی ممکن است رخ دهد که هر یک فرکانس خاصی دارند. در این مقاله از روش اکوستیک امیشن برای بررسی سازوکارهای مختلف خرابی در بارگذاری خمش سه نقطه تیر کامپوزیتی الیاف شیشه / اپوکسی و تعیین حوزه های فرکانسی مرتبط استفاده، همچنین از تبدیل موجک برای پردازش سیگنال های اکوستیکی استفاده شده است. برای این منظور با استفاده از یک حسگر اکوستیکی سه نوع سازوکار خرابی غالب در این تیر کامپوزیتی شناسایی و محدوده فرکانسی که خرابی ها در آن رخ می دهند تعیین شده است. نتایج تبدیل موجک نشان می دهد این سه سازوکار غالب خرابی؛ یعنی شکست ماتریس، جدایش الیاف از ماتریس و شکست الیاف، در بارگذاری خمشی به ترتیب دارای محدوده فرکانسی صفر تا 125، 125 تا 250 و 375 تا 500 کیلوهرتز هستند. نتایج این پژوهش عملکرد قابل قبول استفاده از روش اکوستیک امیشن در تعیین حوزه فرکانسی بارگذاری خمش سه نقطه تیر کامپوزیتی الیاف شیشه / اپوکسی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بارگذاری خمشی، تیر کامپوزیتی الیاف شیشه، اپوکسی، حوزه فرکانسی، اکوستیک امیشن
|
  • Maryam Mobini Bidgoli *, Seyed Hosein Sadati Pages 7-16
    This paper discusses the flight control strategy based on Adaptive Dynamic Inversion (ADI) with two-time-scale separation for airplane. Because of nonlinear behavior of flight dynamics, the flight control problem is a rather important and complex issue. In addition to traditional methods, e.g., classic controller, Dynamic inversion methods, fuzzy and neural networks have been used. After reviewing these methods, Combination Adaptive dynamic inversion Method is designed. In this structure, the control system attempts to track the angle of attack, the sideslip angle and the roll angle in wind frame ( ). Six degree-of-freedom nonlinear equations of motion are considered for tracking the input commands. Dynamic inversion technique needs an exact and accurate flight dynamics, and to avoid this problem, we use an adaptive controller. Two-timescale based system dynamics are divided into slow outer variables and fast inner variables. Adaptive controller and Dynamic inversion algorithm are used in inner and outer loops, respectively. The performance of the proposed method compares with Full Dynamic Inversion (DI) method. Simulation results demonstrated the efficacy of Adaptive Dynamic Inversion controller.
    Keywords: flight controller, adaptive dynamics inversion, dynamics inversion, adaptive controller, time, scale separation
  • Amin Nikoobin*, Nastaran Samani Pages 17-30
    In this paper, a new method on the base of the indirect solution of optimal control problem is presented for trajectory planning of Free-Floating Space Robot (FFSR) in point to point motion. To this end, dynamic equations of the system beside the non-holonomic constraints due to angular momentum conservation low are derived in the state space form. Then the necessary conditions for optimality are derived using the fundamental theorem calculus of variations. The obtained equations lead to a two-point boundary value problem (BVP) which its solution result in optimal trajectory and optimal control function. In the proposed method, both manipulator and base moves from the initial pose to the final pose in such a way that all the boundary conditions, dynamic equations and non-holonomic constraints are satisfied, and a given performance index such as consumed power or torque is also minimized. Simulations are performed for a two-link free-floating space manipulator and the obtained results are compared with the previous works, and the efficiency of proposed method to reduce the base movement is illustrated.
    Keywords: free, floating space manipulator, optimal trajectory planning, point to point motion, optimal control, indirect method
  • Hossein Mahdavy Moghaddam*, Javad Hosseinpour Pages 31-40
    In this article, effect of magnetic field on hydrogen diffusion flame (30% hydrogen volume fraction and 70% nitrogen volume fraction) in terms of flame shape, heat of reaction source and amount of unburnt hydrogen in products parameters is investigated. The magnetic field is applied directly to the flame region for the magnitude of 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, and 3 tesla. It is found that the flame shape and the flame height become smaller with the application of magnetic field. It is also found that the magnetic field reduces the obtained unburnt hydrogen quantity at Y=1 mm. In fact, magnetic field presence produces Lorentz force which opposes the flow direction. Consequently, the more the magnitude of magnetic field, the more the reaction source heat and the shorter the flame height will become. These results represent that the magnetic field causes more complete combustion and less pollutant production. It is noted that magnetic field effect on governing equations, Lorentz force and Joule heating are added to the momentum and energy equation respectively by using C programming.
    Keywords: combustion, hydrogen flame, magnetic field, magnetohydrodynamics (MHD)
  • Maziyar Shafaee*, Sajad Mahmoodzadeh, Armin Abdeh Pages 41-53
    In this paper, an experimental study and numerical simulation with openfoam software have been done. In this study effects of flow condition and geometrical parameters on spray characteristics of airblast atomizer have been investigated. In experimental, the droplet sizes (Sauter Mean Diameter) and their distributions have been determined in different Weber number 727 to 2250 and Reynolds number 1650, with using Malvern Master Sizer x. Numerical simulation was done based on discrete particle tracking method and Eulerian-Lagrangian approach. The results show that in constant Weber number, increasing of liquid injection port can increase SMD but in high Weber numbers has less effect. Numerical simulation shows that liquid injection angle and mixing length have low effect on penetration length of spray. On the other hand, increasing in liquid injection port diameter can decrease penetration length of spray strongly. Numerical simulation and experimental results have little difference and very similar to each other.
    Keywords: airblast atomizer, OpenFOAM, Sauter Mean Diameter, Weber number, Malvern Master Sizer x
  • Soheila Abdolahi Poor*, Abbas Mardani, Seyed Arash Seyed Shamstaleghani Pages 55-65
    Performance of a aerospace vehicle or spacecraft during the re-entry have great dependency to flow-field physics around it. Aerothermodynamics heating in high velocity is highly dependent on geometry and flow-field physics. It is a big challenge of these vehicles for re-entry phase and engineers for reduction of these inappropriate effects use thermal protection systems with much expensive prices. In this Concern, the effects of flow control using counter flow axial jet ahead of a 2.6% scale model of Apollo capsule are investigated in order to decreasing the undesirable effects of aerothermodynamics heating. The aerodynamics performance of this capsule has been studied at free stream Mach number of 3.48 with 5 different flow rates of counter flow jet. The results show that two flow regimes can be seen by increasing the jet mass flow rate; Long Penetration Mode (LPM) and Short Penetration Mode (SPM). LPM that appears in low mass flow rates causes the increment of the shock-detachment distance, unsteadiness and flow oscillations and SPM that appears in high mass flow rates causes the decrement of the shock-detachment distance. Transition of LPM to SPM occurs in mass flow rate between 0.0145kg/s and 0.113kg/s. The results indicate that the counter flow jet decreases the drag about 80%. Moreover, the effects of excitation in counter flow pulsed jets at 1000Hz and 2000Hz frequency have been investigation for decrement of mass of fluid injection in this study. The results of this investigation shows that increment of excitation frequency to 2000Hz reduces drag near to 60%.
  • Hamid Salarvand*, Shahram Yousefi, Manochehr Shahidary Pages 67-76
    Topology optimization of structural is among optimization method. That goal is to find best geometric and structural performance. In this way optimal geometry and material distribution of a structure that must pass Space generated. In other Hand, initial shape of structure production by loads applies to the optimization. The finite element method is created to help Sections of elements that can be removing namely. They will not enter in to Tension According to the Requirements defined in the analytical cycle model Delete And the optimal way possible for the Considered to be able to maintain the operating condition Recommended. In this study, topology analysis was performed on a Plate Structures Where changes in boundary conditions, loads and constraints are checked and optimized geometry is extracted in each case.
    Keywords: structural optimization, topology optimization, finite element
  • Nima Beheshtizaeh, Amir Mostafapour, Hasan Biglari* Pages 77-87
    Composite applications are very wide in most industrial fields. Today, polymer matrix composites are used in the automotive industry, aerospace, oil, gas and petrochemical Industries and etc. Glass / epoxy composite is one of the most useful composites that has special properties such as high strength-to-weight ratio, high hardness, high corrosion resistance, low thermal expansion, resistance to nuclear radiation and absorption of energy. Composite beams may be used as flexural elements. In flexural loading, the crack initiation and failure can occur in a variety of modes that each ones has special frequencies. In this research, acoustic emission method was used to evaluate and check the different failure mechanisms of glass epoxy composite beam under three point bending loading. In order to determine different failure mechanisms, wavelet transform analysis was used for acoustic signal processing by using only one sensor. Three types of dominant failure mechanisms (matrix fracture, debonding and fiber breakage) in composite beam under bending were identified and the frequency ranges corresponding to these failure mechanisms were determined. Wavelet transform results showed that these three types of dominant failure mechanisms (matrix fracture, debonding and fiber breakage) have frequency ranges of 0-125 KHz, 125-250 KHz and 375-500 KHz respectively. Finally, the observations of scanning electron microscope from fracture surface of specimen validated the obtained results. This research showed the possibility of acoustic emission technique as a monitoring tool of glass/epoxy composite beam in flexural failure.
    Keywords: flexural loading, glass epoxy composite beam, frequency range, acoustic emission