فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال دهم شماره 1 (پیاپی 30، بهار 1396)
  • سال دهم شماره 1 (پیاپی 30، بهار 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/03/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • قاسم کاهه*، میثم محمدی امین، آرش سفیدان بنیسی صفحات 1-13
    راهکارهای مختلفی برای افزایش امنیت سرنشینان فضاپیماها توسعه داده شده که در بین آنها سامانه لغو پرتاب به صورت گسترده‏ای مورد استقبال مراکز فضایی جهان قرار گرفته است. سامانه لغو پرتاب باید بتواند در مواقع بحران در مدت زمان کوتاهی محموله حامل سرنشینان را طبق یک پروفایل سرعت و مسیرمشخص از محل حادثه دور کرده و به زمین برگرداند. با توجه به اینکه اهم حرکت وسیله در فازهای تعقیب و قرارگیری است، کنترل مسیر از طریق کنترل دو کانال فراز و سمت با توجه به محدودیت ها و الزامات سیستم انجام می شود. با توجه به مانور بالای سامانه لغو پرتاب، در این مقاله کنترل کننده وضعیت با استفاده از روش غیرخطی وارون دینامیک طراحی می شود که در آن فرامین کنترلی بر اساس میزان تراست مورد نیاز برای نازل ها ارسال می شود. شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد کنترلر طراحی شده قادر است محموله را طبق اهداف تعیین شده هدایت نموده و در مدت تعیین شده از محل حادثه دور کند.
    کلیدواژگان: فضاپیما، سامانه لغو پرتاب، کنترل وضعیت غیرخطی
  • مصطفی اسماعیلی* صفحات 15-25
    محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده محفظه ای فشرده است که کارایی بالایی در پایداری شعله دارد. در این مطالعه، جریان واکنشی مغشوش در محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده به صورت عددی شبیه سازی شده است. مدل های توربولانسی شبیه سازی مقیاس انطباقی و K-ω-SST، و رویکردهای احتراقی انتقال اجزاء و تابع چگالی احتمال برای مدل سازی توربولانس و احتراق مورد استفاده قرار گرفته اند. به منظور اعتبارسنجی مدل عددی، نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده است. انطباق مناسبی بین مقادیر متوسط و نوسانی دما، مقادیر صدور آلاینده ها (مونوکسید کربن، هیدروکربن نسوخته و اکسیدهای نیتروژن) و همچنین راندمان احتراق به دست آمده از حل عددی و نتایج آزمایشگاهی وجود دارد. ضمنا، شبیه سازی برای مقادیر مختلف نسبت هم ارزی و دمای ورودی جریان اصلی انجام شد و نتایج نشان می دهد که در یک مقدار ثابت نسبت هم ارزی، با افزایش دمای جریان اصلی، راندمان احتراق افزایش و شاخص های آلایندگی مونوکسیدکربن و هیدروکربن نسوخته کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده، جریان مغشوش، شاخص های آلایندگی، راندمان احتراق
  • فاطمه صادقی کیا* صفحات 27-34
    در این مقاله، ویژگی های استفاده از فناوری پلاسما در آنتن سیستم های ارتباطی حوزه فضایی مورد بررسی و پژوهش قرار می گیرد. در راستای بررسی قابلیت جایگزینی آنتن های فلزی با عناصر پلاسمایی معادل در سیستم های فضایی و ایستگاه زمینی، مشخصات ساختاری و عملکردی آنتن پلاسمای نمونه ارائه می شود. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل های نرم افزاری و اندازه گیری های انجام شده بر روی آنتن تحت تست درخصوص قابلیت تغییر فرکانس کاری در یک آنتن پلاسمایی، امکان استفاده مشترک و غیرهمزمان از یک آنتن در چند سیستم ارتباطی فراهم است و این ویژگی سبب می شود علاوه بر کاهش تعداد آنتن ها در یک فضای محدود، تداخلات الکترومغناطیسی آن ها نیز کاهش یابند. بررسی نرم افزاری استفاده از عناصر پلاسمایی در آرایه ها، به ویژه آرایه های دایروی، از دیگر دستاوردهای این مقاله پژوهشی است. آرایه های پلاسمایی دایروی می توانند در جهت یاب های سیگنال های رادیویی، به ویژه در ایستگاه های زمینی سامانه های بازگشت پذیر، مورد استفاده قرار گیرند و قابلیت چرخش الگوی تشعشعی بسیار جهت دار و با دقت نشانه روی بالا را در فضای دایروی فراهم کنند.
    کلیدواژگان: آنتن پلاسما، ایستگاه زمینی، سامانه فضایی، آرایه پلاسمایی
  • جواد وزیری نایین نژاد، فتح الله امی*، سید حسین موسوی صفحات 35-45
    افزودن ذرات فلزی با قطر بهینه به سوخت های جوشان موجب افزایش چگالی گازهای خروجی از دهانه موتور و در نهایت افزایش تراست سیستم می شود. از سوی دیگر، در صورت بهینه نبودن قطر ذرات افزوده، ناپایداری احتراق ایجاد می شود. از این رو جداسازی ذرات با قطر مناسب اهمیت بالایی دارد. در این پژوهش از میان روش های مختلف جداسازی ذرات آلومینیوم موجود در سوخت به بررسی عملکرد جداکننده سیکلونی مخروطی شکل، پرداخته شده است به این منظور ابتدا شبکه بندی سیکلون با روش های مناسبی انجام می شود و سپس نتایج عددی با آزمایشات گزارش شده در مقالات صحه گذاری می شود. با بررسی اثرات قطر، سرعت ذره و زاویه شیب می توان دریافت که در یک قطر و سرعت ذره مشخص، با کمتر کردن شیب سیکلون یعنی زاویه بدنه آن با افق، بازده جداسازی افزایش می یابد. همچنین هرچه مقطع ورودی ذرات آلومینیوم به سیکلون در نقطه پایین تری از بدنه سیکلون ساخته شود، بازده جداسازی بیشتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: سیکلون، جداسازی، جریان آشفته، دوفازی، سوخت جوشان
  • امیرحسین توکلی*، علی فقیهی نیا، سید محمد مهدی دهقان صفحات 47-53
    شبیه سازی شرایط محیطی برای حسگرهای تعیین وضعیت ماهواره یکی از نیازمندی های اساسی برای انجام آزمون های سخت افزار در حلقه سامانه تعیین و کنترل وضعیت ماهواره است. در این مقاله، طرح اجرا شده برای شبیه سازی بردار خورشید و میدان مغناطیسی زمین برای حسگرهای خورشیدی و مغناطیسی ارائه شده است. در این طرح با استفاده از یک شبیه ساز خورشید، یک مجموعه دو درجه آزادی برای تغییر وضعیت حسگر خورشیدی و یک سیم پیچ هلمهولتز سه محوری، شرایط مناسبی برای شبیه سازی محیط عملکردی حسگرهای تعیین وضعیت ایجاد شده است. نتایج اندازه گیری های حسگرها نشان دادند با استفاده از این مجموعه می توان بردارهای خورشید و مغناطیسی را بر اساس موقعیت مداری ماهواره و وضعیت آن در هر لحظه با دقت قابل قبولی شبیه سازی کرد. بنابراین این بستر آزمایش می تواند برای پیاده سازی بخش تعیین وضعیت در یک مجموعه سخت افزار در حلقه مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: شبیه ساز خورشید، شبیه ساز مغناطیسی، تعیین وضعیت ماهواره، حسگر خورشیدی، حسگر مغناطیسی
  • علیرضا رضایی*، حکیمه برقی زنجانی، نیلوفر نوبهاری صفحات 55-60
    به دلیل با ارزش بودن منابع توان در سیستم های مخابرات ماهواره ای، استفاده بهینه از آن ها بسیار اهمیت می یابد. بنابراین برای این سیستم ها، تخصیص توان حائز اهمیت است. در این سیستم ها به دلیل غیر صفر بودن لوب جانبی، تداخل بین بیمی وجود دارد که روی مسئله تخصیص توان اثر می گذارد. در این مقاله این اثر مهم و همچنین تاثیر شرایط کانال روی تخصیص توان بررسی شده و برای بهینه سازی از الگوریتم ازدحام ذرات ((PSO استفاده شده است. همچنین برای نشان دادن کیفیت این الگوریتم برای مسئله مدنظر، این روش با تئوری دوگانگی در قالب سه سناریو مقایسه شده است. در سناریوی اول فرض می شود که هر بیم با سه بیم مجاور خود تداخل دارد و در سناریوی دوم فرض می شود که تنها بیم اول با سایر بیم ها تداخل دارد و در نهایت در سناریوی سوم به بررسی وضعیت کانال هر بیم و تاثیری که روی تخصیص توان می گذارد، پرداخته می شود. معیار مورد بررسی برای بهبود پاسخ در این مسائل، ظرفیت کل سیستم و جمع مربع تفاضل بین ترافیک درخواستی و توان اختصاصی به هر بیم، در نظر گرفته شده است. با بررسی پاسخ ها مشاهده می شود، این الگوریتم در هر سه سناریو پاسخ را بهبود بخشیده و موجب تخصیص بهینه توان شده است
    کلیدواژگان: : سیستم های مخابرات ماهواره ای چند بیمه، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO)، تخصیص توان
|
  • Ghasem Kahe *, Maysam Mohammadi-Amin, Arash Sefidan Benisi Pages 1-13
    Various strategies have been developed to increase the safety of spacecraft crews, among which the Launch Abort System has been widely considered by the space centers across the world. The launch abort system should be able to carry the crew module away from the failed launcher or rocket in a short time in accordance with the predetermined profile and recover the crew module on the ground. While the main part of the vehicle flight consists of the tracking, reorientation, and settling phase; attitude control in the flight path is done via the roll and pitch channel. Non-linear dynamic inversion flight control is considered for the attitude control of the LAS. Tracking the predetermined profile for the angle of attack as well as the sideslip angle and maintaining the stability of the vehicle in the flight path are considered as the control objectives based on the requirements. Simulations and analytical evaluations indicate the outperformance of the proposed controller for the attitude control of LAS in line with the predetermined profile.
    Keywords: Spacecraft, Launch abort system, Nonlinear attitude Control
  • Mostafa Esmaeili * Pages 15-25
    Trapped vortex combustor (TVC) is a compact combustor which represents the high efficiency in flame stabilization. In this study, turbulent reacting flow through trapped vortex combustor is numerically simulated. In order to model turbulence, the K-ω-SST and scale adaptive simulation (SAS) models, and to model combustion, the species transport and probability density function (PDF) approaches are used. To verify the numerical model, numerical results are compared with the available experimental data. There is a good agreement between the mean and RMS values of temperature and emission indices (CO, unbernt hydrocarbon (UHC) and NOx) obtained from numerical results and experimental data. Moreover, simulation is performed for different values of equivalence ratios and mainstream inlet temperatures and results show that with a constant value of equivalence ratio, by increasing the mainstream inlet temperature, combustion efficiency increases, while CO and UHC emission indices decrease.
    Keywords: Trapped vortex combustor, Reacting turbulent flow, Emission indices, Combustion efficiency
  • Fatemeh Sadeghi-Kia * Pages 27-34
    This study focuses on the characteristics of plasma antennas for their application in space communication systems. Structural and functional characteristics of plasma antenna are presented to evaluate their capability of being used in space missions. Numerical and experimental analysis results of the plasma antenna show that the resonant frequency of the antenna is controllable by changing the applied power, thus allowing different transmitting frequencies with a single element. This property leads to the reduction of the antenna elements in a limited area and the simplification in the layout of onboard communication systems as well as a decrease in the interferences of the electromagnetic waves. Analysis of the circular array of plasma antenna shows a novel beam forming mechanism with a high directivity in the space.
    Keywords: Plasma antenna, Earth station, Spacecraft, Plasma array
  • Javad Vaziri Naein Nejad, F. Ommi *, Seyed Hossein Moosavi Pages 35-45
    The addition of proper-sized metal particles to the effervescent fuels increases the density of exhaust gases from rocket engines and the trust consequently. On the other hand, the addition of non-optimized metal particles causes combustion instability. Thus, the separation of proper-sized metal particles is under consideration here. In this study, among different methods of separating the aluminum particles in the fuel, the performance of the conic cyclone separator has been studied and the numerical results are validated by the experimental data. With a specific particle diameter and speed, the less the angle between the cyclone body and the horizon, the higher would be the separation efficiency. In addition, for increasing the separation efficiency of aluminum particle, it is recommended to build the inlet section of cyclone at the lower point of cyclone body.
    Keywords: Cyclone, Separation, Turbulent flow, Two phase, Effervescent fuel
  • Amirhossein Tavakoli *, Ali Faghihi, S.Mohammad Mehdi Dehghan Pages 47-53
    Simulating environmental conditions for the satellite attitude sensors is a fundamental requirement of hardware in the loop tests of attitude determination and control subsystem. In this paper, a new design for simulating sun vector and magnetic vector is presented. The operating environment for attitude sensors is simulated using a sun simulator, a two-degree-of-freedom table for changing the attitude of the sun sensor, and a three-axis Helmholtz coil. The sensors measurements showed that with this setup, the sun and magnetic vectors can be created with an acceptable accuracy using the orbital position and the attitude of the satellite. So, the test bed can be used for attitude determination of hardware in the loop tests.
    Keywords: Sun simulator, Helmholtz coil, Attitude determination, Sun sensor, Magnetometer
  • Alireza Rezaee *, Hakime Barghi Zanjani, Niloofar Nobahari Pages 55-60
    This paper aims to propose the interference and also investigates the channel effect on power allocation issue. Here, the particle swarm optimization (PSO) method is employed in order to find the optimal solution. Because of the value of resources in the satellite telecommunication systems, optimizing the use of power allocation is very important. In these systems, because of non-zero side lobe, there exists an interference between beams that affects the allocation problem. To assess the efficiency of PSO algorithm, the obtained results are compared with the Duality Theory. The analogy is conducted through three different scenarios: In the first scenario, it is supposed to have interference between each beam and the three adjacent beams. The second scenario assumes that the first beam interferes with other beams. Finally, in the third scenario, the analysis of channel conditions of each beam and its effect on the power allocation problem is provided. The objective functions for the proposed method are the total system capacity and sum of the square of difference between the requested traffic and the allocated beam power. The results indicate that the proposed algorithm improves the solution in each scenario and implements justice to the power allocation issue.
    Keywords: Multi beam satellite communication systems, PSO optimization, Power allocation