فهرست مطالب

دانش و فناوری هوافضا - سال هشتم شماره 1 (بهار 1398)
  • سال هشتم شماره 1 (بهار 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/01/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • میلاد یدالهی، سید آرش سید شمس طالقانی*، وحید اصفهانیان صفحات 7-16
    پوسته پلاسما به عنوان مرز ورود یون ها به درون سیستم شتاب دهنده، اثر مستقیم بر خصوصیات پرتو یون، عملکرد و طول عمر تراستر یونی دارد. به طور معمول در مدلسازی عددی سیستم شتاب دهنده تراسترهای یونی الکترواستاتیکی، اثر الکترون ها بر خواص پلاسمای بالادست سیستم شتاب دهنده و شکل پوسته پلاسما، با در نظر گرفتن الکترون ها به صورت سیال (روش پواسون - بولتزمن) یا مدل کردن ذرات الکترون، شبیه سازی می شود. اما در مطالعه حاضر، با بهره گیری از روش ذره درون سلول و بدون انجام محاسبات مربوط به الکترون ها، پوسته پلاسما تخمین زده شده است. شکل و موقعیت پوسته پلاسمای حاصل توافق خوبی با نتایج تجربی دارد و در مقایسه با مدل های عددی، که الکترون ها را نیز شبیه سازی کرده بودند، از دقت بالاتری برخوردار است. نتیجه محاسبات نشان می دهد که عدم انطباق بین پوسته پلاسمای محاسبه شده توسط روش پواسون - بولتزمن و نتایج تجربی، در یک جریان پرتو مشخص، به واگرایی پرتو یون به میزان 3/2 یا 18/28 درصد در مقایسه با روش اعمال مستقیم اثر الکترون می انجامد.
    کلیدواژگان: تراستر یونی الکترواستاتیکی، سیستم شتاب دهنده، شبیه سازی عددی، روش ذره درون سلول PIC، پوسته پلاسما
  • عیسی دانش فر، محمد مهدی دوست دار*، محمد امینی، حمید فاضلی صفحات 17-28
    سپرهای حرارتی نقش مهمی در موتورهای سوخت جامد ایفا می کنند. کاربرد زیاد سپرهای حرارتی در گلوگاه این موتورها، به دلیل تاثیر خوردگی این ناحیه بر فشار محفظه احتراق و نهایتا بازده حرارتی موتور، موجب اهمیت مطالعه سپرهای حرارتی شده است. پیش بینی صحیح مقدار پسروی سطح گلوگاه، منجر به طراحی بهینه موتور، به ویژه در موتورهایی با زمان سوزش بالا می شود. در این پژوهش، خوردگی نازل گرافیتی در موتورهای سوخت جامد برای یک سوخت مرکب با ترکیب خاص مورد بررسی قرار گرفته است. مدل عددی استفاده شده شامل حل معادلات ناویر استوکس جریان سیال، معادلات ترمودینامیکی داخل موتور، معادلات ترموشیمی و هدایت حرارتی سطح نازل است. جهت اعتبارسنجی نتایج مدل عددی، یک موتور سوخت جامد کامل از نوع کارتریجی با نازل گرافیتی و سوخت با پایه پلی استری آزمایش و توسط دستگاه اسکنر سه بعدی مقدار خوردگی سطح داخلی نازل اندازه گیری شده است. مقایسه نتایج بیانگر مطابقت خوب خروجی مدل عددی با داده های تجربی (با اختلاف در حدود 4 درصد) در گلوگاه و حوالی آن است. نتایج تجربی نشان می دهد که مقدار فناشوندگی در ناحیه ورودی گلوگاه بیشترین مقدار را دارد و در ناحیه واگرایی نازل، تقریبا ثابت و برای موتور تست شده حدود 0/2 میلی متر است. این نتایج به دلیل تاثیر قابل توجه خوردگی و تغییر هندسه گلوگاه نازل بر بازده حرارتی موتور، حائز اهمیت است و می تواند در تحلیل و طراحی موتورهای سوخت جامد استفاده شود.
    کلیدواژگان: خوردگی، موتور سوخت جامد، گرافیت، سپر حرارتی
  • علیرضا عرب سلغار، محمد شفیعی دهج*، مهدی داودیان صفحات 29-44
    کاهش وزن، ابعاد و مصرف انرژی از جمله مسائل حائز اهمیت در صنایع هوافضا (فضاپیماها و ایستگاه فضایی) است. همین موارد سبب نیاز به یک سیستم خنک کننده با قابلیت بالا و ابعاد کوچکتر می شود. نانوسیالات می توانند در سیستم های سردکننده نقشی حیاتی ایفا کنند. در این مقاله به بررسی عددی جریان آرام، لایه ای با جابه جایی طبیعی نانوسیال، در یک محفظه مربعی تحت زوایای مختلف نسبت به افق با مانعی در وسط آن پرداخته شده است. در وسط محفظه، صفحه ای عمودی با ضخامت ناچیز قرار دارد. معادلات حاکم به روش تفاضل محدود، مبتنی بر حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل به صورت هم زمان حل شده اند. بر اساس نتایج حاصل از حل عددی، تاثیر پارامترهایی چون چرخش محفظه، عدد ریلی، نسبت حجمی نانوذرات و عدد هارتمن بر میدان جریان و انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که در چرخش محفظه، ماکزیمم انتقال حرارت وقتی صورت می پذیرد که صفحه گرم با افق دارای زاویه 45 درجه باشد. صفحه میانی و افزایش عدد هارتمن موجب کاهش انتقال حرارت می شوند، حال آنکه افزایش عدد ریلی موجب افزایش انتقال حرارت می شود. افزایش نسبت حجمی نانوذرات بسته به عدد ریلی ممکن است عملکرد حرارتی را تقویت یا تضعیف نماید.
    کلیدواژگان: جابه جایی آزاد، نانوسیال، محفظه، نرخ انتقال حرارت
  • مهدی هاشم آبادی*، مصطفی هادی دولابی صفحات 45-61
    پاسخ غیردائم ائرودینامیکی مقاطع بال دوبعدی نوسانی کاربردهای فراوانی در حوزه های دانشی ائرودینامیک بالگرد و ائروالاستیسیته دارد. با توجه به زمان بر بودن انجام تحلیل های عددی غیردائم، به کارگیری پاسخ های تحلیلی غیردائم یا شبه دائم از نظر مهندسان مطلوب ترند که البته بسته به نوع مسئله درصدی خطا دارد. در این پژوهش پاسخ های روش غیردائم تحلیلی و شبه دائم برای ایرفویل نوسانی دارای حرکت پلانج و تاب در فرکانس کاسته مختلف و دو ماخ تراکم ناپذیر و تراکم پذیر به دست آمده و تصحیح تراکم پذیری بر این روش ها انجام شده است. یک کد عددی غیرلزج نیز برای حل مسائل غیردائم مرز متحرک مبتنی بر روش حجم محدود اختلاف مرکزی و استفاده از فرمولاسیون لاگرانژی - اویلری دلخواه توسعه داده شده است تا نتایج تحلیل غیردائم و شبه دائم با این روش مقایسه شود. انتگرال گیری زمانی تحلیل عددی با استفاده از یک روش ضمنی کارآمد دوزمانه انجام شده است. روش تحلیلی تئودرسن به عنوان روش تحلیلی غیردائم در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که روش عددی حجم محدود حل دقیقی ارائه می کند و در میان روش های شبه دائم و تحلیلی غیردائم، روش تحلیلی غیردائم دقت مناسبی دارد و در جریان های تراکم پذیر با اصلاح تراکم پذیری دقت روش تحلیلی غیردائم تا حدی بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: حل غیردائم عددی، روش شبه دائم، روش تحلیلی، معادلات اویلر، نوسان پلانج، نوسان تاب
  • مهدی رحیمی، اکرم خدایاری*، فرزاد ویسی صفحات 63-72
    در این پژوهش، تضعیف امواج ضربه ای به وسیله مشاهدات کیفی تخلیه پلاسما در ماخ 2/45 و آزمایش های محیطی ارزیابی شده است. پلاسما روی مدل آیرو - اسپایک با تخلیه الکتریکی 50 هرتز، 50 میلی آمپر و 30 کیلوولت تولید شده و از تکنیک شادوگراف با 300 فریم بر ثانیه و دوربین ویدئویی با 1000 فریم بر ثانیه برای ثبت نتایج کیفی استفاده شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که افزایش میدان مغناطیسی علاوه بر پایداری بیشتر در تخلیه تابان، افزایش فرکانس، تغییر مسیر ذرات باردار از دایره ای به سیکلوترونی و هم پوشانی بهتر پلاسما، سبب ضخیم تر شدن ضخامت لایه شوک هم می شود. تصاویر شادوگراف در ماخ 2/45 نشان می دهد که ترکیب مغناطیس و پلاسما سبب افزایش 7/5 درجه در زاویه موج و در نتیجه ضعیف تر شدن موج ضربه ای شده و در پائین اسپایک باعث ناپدیدشدن موج منحنی شده است. لذا این روش منجر به حذف امواج ضربه ای در عدد ماخ 2/45 و کاهش پسای موجی شده است.
    کلیدواژگان: امواج ضربه ای، کاهش پسا، مافوق صوت، آیرو - اسپایک پلاسمایی، میدان مغناطیسی
  • امید سام دلیری*، آزاده وطنی، علی بزرگ مهر صفحات 73-81
    نانولوله های کربنی چندجداره، که در مواد پلیمری به کار می روند، با هدف ایجاد حسگر پیزو مقاومتی در پایش سلامت سازه های مهندسی استفاده می شوند. در این مقاله، حساسیت به تغییرات کرنش در نانوماده مرکب حاوی نانولوله کربنی - اپوکسی با استفاده از تغییرات الکتریکی بررسی شد. حسگر نانوماده مرکب روی یک تیر آلومنیمی یک سر گیردار چسبانده شده است تا اعمال کرنش روی آن ممکن باشد. ابتدا نانولوله های کربنی چندجداره با درصد های مختلف وزنی از 0/01 تا 1/5، درون زمینه اپوکسی به صورت نسبتا یکنواخت توزیع شدند. این فرایند توسط یک همزن مکانیکی انجام شد. بدین ترتیب ماده ای هوشمند و مناسب برای سنجش کرنش ایجاد گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی ریزساختار این حسگر بررسی شد تا نحوه توزیع نانولوله های کربنی درون زمینه اپوکسی و تشکیل شبکه رسانا مشخص شود. اثر فرایند آماده سازی نانوماده مرکب بر تغییرات الکتریکی و کرنش، طی بارگذاری مکانیکی بررسی شد. نتایج نشان داد که اختلاط اولیه اپوکسی و سخت کننده منجر به حساسیت بیشتر حسگر نسبت به تغییرات الکتریکی شده است. همچنین آماده سازی نمونه ها با دو دمای پخت 80 و 100 درجه سانتی گراد نشان داد که نمونه های ساخته شده با دمای پخت پایین تر، حساسیت بیشتری نسبت به کرنش اعمال شده دارند.
    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، نانوماده مرکب، تغییرات مقاومت الکتریکی، حسگر
  • محمود ذبیح پور* صفحات 83-94
    محاسبات مربوط به پاسخ خستگی ساختارهای کامپوزیتی، از طرفی با چالش وجود مدل های نه چندان کارآمد و از طرف دیگر با هزینه های گزاف در اجرای آزمایشات متعدد با پیچیدگی های عملی و نیاز به تجهیزات پیشرفته و دقیق مواجه است. از این منظر، توسعه و تکامل هرچه بیشتر مدل ها در تعیین پاسخ خستگی المان ها و سازه ها بسیار ارزشمند است. در این مقاله، ضمن ارائه مدل کوپلی نوین آسیب از ارزیابی خستگی، پاسخ خستگی تیر مدور کامپوزیتی مشخصه سازی شده است. با تعریف یک متغیر آسیب سیکلی تابع مکان، رابطه پاسخ مکانیکی با متغیر آسیب از طریق مدل مکانیک آسیب پیوسته تعیین شده است. در ادامه از طریق کوپل نمودن متغیر آسیب با یک مدل آسیب موضعی و تئوری اصلاح شده تیر مدور با ترم های غیرخطی، محاسبه پیشرفت موضعی آسیب با هر سیکل بارگذاری هر نقطه از تیر میسر شده است. مقادیر ثابت معرفی شده در روابط مدل، از طریق انجام تعداد بسیار معدودی آزمایش تحت بارگذاری های نوسانی دامنه ثابت تا تعداد محدودی سیکل به دست آمده است. نتایج نهایی حاصل از طریق محاسبات مدل، تطابق رضایت بخشی با نتایج تجربی نشان می دهد. در نتیجه کارآمدی فرایند ارائه شده، کاهش قابل ملاحظه تعداد آزمایشات مورد نیاز و در نهایت کاهش هزینه و زمان لازم میسر شده است.
    کلیدواژگان: خستگی، تیر مدور کامپوزیتی، مکانیک آسیب پیوسته، مدل آسیب موضعی، آسیب کوپلی پیشرو
  • علیرضا آهنگرانی فراهانی، عباس دیدبان* صفحات 95-107
    در این مقاله با استفاده از ابزار شبکه های پتری روشی برای مدلسازی عملیات منطقی، کشف خطا، طراحی کنترل کننده نظارتی و در نتیجه افزایش قابلیت اطمینان برای زیرسیستم عملگر برقی - مکانیکی پرنده های بدون سرنشین ارائه شده است. در پرنده های بدون سرنشین عملگرها برای کنترل سطوح کنترلی استفاده می شود، لذا ایجاد روشی که بتواند رفتار منطقی و خطاهای زیرسیستم ها را مدل کند و رفتار مناسبی در مقابل خطاهای احتمالی سیستم داشته باشد، بسیار مفید خواهد بود. در روش ارائه شده در این مقاله، جهت طراحی کنترل کننده نظارتی برمبنای شبکه های پتری سه گام اصلی برداشته شده است: در اولین گام، ضوابط و خصوصیات اصلی بخش های مختلف با استفاده از شبکه پتری به صورت جداگانه مدل شده است، در گام دوم سنکرون سازی بین مدل ها انجام شده و در گام آخر با استفاده از کنترل نظارتی، کل رویه کنترل جهت حصول اطمینان از بروز وضعیت ناامن در سیستم ضمانت می گردد. در این پژوهش جهت جلوگیری از ورود در شرایط ناامن و همچنین کنترل فرایند از روش افزونگی تحلیلی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این روش احتمال خرابی کاهش و قابلیت اطمینان سیستم افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: شبکه های پتری، کنترل نظارتی، هواپیمای بدون سرنشین، عملگرهای برقی - مکانیکی، تشخیص خطا
  • محمد حاجی جعفری، امیررضا کوثری*، مهدی فکور صفحات 109-123
    توسعه محصولات هوافضایی در کوتاه ترین زمان ممکن، از مهم ترین پارامترهای رقابتی در بازار به شمار می آید. این در حالی است که پیچیدگی ذاتی این محصولات سبب ایجاد چرخه های گسترده اطلاعاتی می شود که زمان تکمیل فرایند طراحی را به شکل چشم گیری افزایش می دهد. این واقعیت کاستن از زمان تکمیل در کنار حفظ کیفیت را به ضرورتی انکارناپذیر مبدل می کند. در این مقاله از طرح اجرایی با ریسک کمینه برای به سازی فرایند مفهومی طراحی بالگرد ترابری ای. اچ. 101، به عنوان مورد مطالعاتی، استفاده شده که برای مدیریت تکرارها و کاهش زمان تکمیل بر چارچوب ماتریس تبدیل کار استوار است. این طرح یک سیاست کاری را مطرح می کند که در آن وظایف طراحی با بیشترین سطح همگیری در گام های نخست طراحی مورد توجه قرار گرفته و با پیشرفت طراحی، دیگر وظایف به صورت تدریجی مورد توجه قرار می گیرند. جانمایه این طرح، چیدمان موثر وظایف طراحی در کنار کاستن از ریسک دوباره کاری است. نتایج شبیه سازی های زمان گسسته نشانگر برتری نسبی طرح پیشنهادی نسبت به مدل های رایج از منظر زمان تکمیل است. این در حالی است که در این روش در عمل ریسک بازخورد در پایین ترین سطح ممکن قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ماتریس ساختار طراحی، ماتریس تبدیل کار، بهبود فرایند طراحی، ریسک کمینه، سیاست کاری
  • مجید عباسی، احمد عفیفی، محمدرضا علی زاده پهلوانی* صفحات 125-139
    منبع تغذیه ای که بتواند با داشتن ابعادی کوچک چندین ولتاژ DC ایجاد کند، گزینه ای مناسب جهت تامین توان در یک واحد ناوبری اینرسی است. یک نمونه مناسب برای این دسته از مبدل ها، مبدل تک القاگر چند خروجی می باشد. مبدل های SIMO توان لازم برای بهره برداری در مواردی که نیاز به چند سطح ولتاژی خروجی قابل کنترل است فراهم می آورند. در این مقاله، کنترل چندمتغیره یک مبدل از خانواده SIMO مبتنی بر مدل فلوگرف سیگنال بررسی شده است. این مقاله به بررسی ساختار باک / باک یک مبدل سوئیچینگ SIMO پرداخته تا با طراحی کنترل کننده مناسب مشکل رایج تنظیم متقابل خروجی های آن را حل کند. مدل کردن این نوع از مبدل ها جهت طراحی کنترل کننده به دلیل نحوه عملکرد و تعداد زیاد المان ها و خروجی ها از پیچیدگی خاصی برخوردار است. از طرفی طراحی کنترل کننده ای که بتواند خروجی ها را به صورت مستقل کنترل کند، مستلزم داشتن مدل دقیق از رفتار این نوع از مبدل هاست. در این مقاله ساختار باک / باک با استفاده از روش فلوگراف سیگنال مدل شده و مقایسه ای مابین روش ارائه شده با روش میانگین فضای حالت ارئه شده است. سپس با استفاده از کنترل سیستم های چندمتغیره، کنترل کننده مناسب جهت حذف مشکل تنظیم متقابل طراحی شده و نتایج شبیه سازی آن ارائه شده است.
    کلیدواژگان: سیستم توان فضاپیما، مبدل SIMO، کنترل چندمتغیره، سیکل کاری، مدل سیگنال کوچک
|
  • Milad Yadollahi, Arash Shams Taleghani *, Vahid Esfahanian Pages 7-16
    Plasma sheath, as ion injection boundary of accelerator system, has direct effect on ion beam characteristics and consequently on ion thruster performance and lifetime. In most of numerical simulations of accelerator system of electrostatic ion thrusters, the effects of electrons on upstream plasma and plasma sheath's shape are simulated by treating them as fluid (Poisson-Boltzmann method) or charged particles. But in this study, plasma sheath are predicted using particle-in-cell (PIC) method and without any calculation for electrons. Predicted plasma sheath shows good agreement with experimental result and is more accurate; in comparison with numerical models that simulates electrons. Calculation results shows that, for specific beam current, nonconformity between test results and plasma sheath that predicted by Poisson-Boltzmann method, leads to ion beam diverges 3.2 degrees or 18.28 % , in comparison with the method that directly applied electron effect.
    Keywords: electrostatic ion thruster, accelerator system, numerical simulation, particle-in-cell method, plasma sheath
  • Eisa Daneshfar, Mohammad Mehdi Doustdar *, Mohammad Aminy, Hamid Fazeli Pages 17-28
    Using heat shield, especially in throat area has a significant effect on combustion chamber pressure and thermal efficiency of solid fuel engines, and so many studies have been made in this field. A precise prediction of regression in throat surface is essential to optimum design of high burning time engines. In this study, ablation of graphite nozzle in solid fuel engines is investigated numerically for a special ingredient composite fuel .Navier Stocks equations together with thermodynamic equations inside the engine as well as thermochemical and thermal conductivity equations on nozzle surface are derived and written in their suitable forms and solved to determine the regression rate of nozzle throat surface. Furthermore, a cartridge full size solid motor by polyester binder fuel was tested and the ablation rate was measured by using a 3D scanner. The experimental pressure-time and thrust-time curves were also derived and used as input data for numerical calculations. Comparison between numerical and experimental results shows a satisfactory agreement. The experimental results show that the ablation has maximum value in the inlet area, and in divergent section is approximately constant and its value is 0.2mm. Because of important effect of ablation rate on the geometry of nozzle throat and so on the performance of the engine, the results of this study may have applicable usage in analyzing and designing solid fuel engines.
    Keywords: ablation, solid fuel motor, Graphite, heat shield
  • Alireza Arab Solghar, Mohammad Shafiey Dehaj *, Mahdi Davoodian Pages 29-44
    Weight loss, dimensions, and energy consumption are important issues in the aerospace industry (spacecraft and space station), which requires a high capacity cooling system and smaller dimensions. Nanofluids can play an important role in cooling systems. In this paper, natural convection of water-alumina nanofluid in a square cavity with a thin partition mounted at the middle of the cavity is studied. The cavity has different orientation angles with respect to the horizon. For the horizontal cavity, the top and bottom walls are adiabatic and the left and the right walls are considered to be hot and cold, respectively. At the center of cavity, a vertical baffle with negligible thickness is mounted. The nanofluid inside the cavity is under a magnetic field. Governing equations were discretized through control volume approach and were solved simultaneously applying SIMPLER algorithm. Based on obtained results from numerical method, the influence of pertinent parameters such as the orientation angle of the cavity, Rayleigh number, the volume fraction of nanoparticles and Hartman number on the flow field and heat transfer are investigated. The results show that maximum heat transfer occurs when the angle of hot wall with respect to the horizon is 45. Also, the existence of the baffle and increase of Hartman number reduce the heat transfer while the increase of Rayleigh number enhances the transfer of heat. Depending on Rayleigh number, the increase of nanoparticle volume fraction may increase or decrease the thermal performance.
    Keywords: free convection, cavity, nanofluid, heat transfer rate
  • Mahdi Hashemabadi *, Mostafa Hadidoolabi Pages 45-61
    Responses of airfoils unsteady aerodynamics have important role in rotary-wing and aeroelasticity problems. Numerical analysis of unsteady flows usually needs more time. Therefore, engineering use quasi-steady and analytical methods for solving oscillatory airfoils. In the present research, the responses of the analytical unsteady and quasi-steady methods are calculated for plunge and pitch motions at different reduced frequencies and Mach numbers. One of Mach numbers is incompressible and the other is compressible. Compressibility correction is also applied for compressible Mach number. A numerical inviscid code is developed based on central finite volume method to solve unsteady flow equations in the arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation for moving boundary problems. The results of the quasi-steady and analytical unsteady methods are compared with numerical code results. An implicit dual time scheme is applied for time discretization in CFD code. The analytical unsteady method is chosen Theodorsen method. Results show the finite volume method is an accurate method and the analytical method is in good agreement with numerical code in incompressible flows. The compressibility correction improve the results in compressible flows.
    Keywords: Numerical unsteady solution, quasi-steady method, analytical method, Euler equations, plunge, pitch motions
  • Mahdi Rahimi, Akram Khodayari *, Farzad Veysi Pages 63-72
    In this study, shock wave mitigation technique was analyzed using qualitative observations of plasma discharge in Mach 2.45 and atmospheric conditions testing. Plasma was produced in front of the aero-spike model by a 50 Hz, 50 mA, 30Kv electrical discharge and shadowgraph imaging technique at 300 frame per second and camera recording at 1000fps were used to record the qualitative results. Laboratory results show that increasing the magnetic field increases the frequency, stabilizes the glow discharge, changes the motion path of the charged particles from circular to cyclotron, improves plasma overlapping and also thickens the shock layer. Shadowgraph images at Mach 2.45 show that combining magnetism with and increased by 7.5 degrees at a shock wave angle and mitigates shock waves and removes the bow shock downstream of the spike. This is the most important result that indicates combining plasma and magnetism can remove shock waves at supersonic speeds and thus reduce wave drag.
    Keywords: Shockwaves, Drag reduction, Supersonic, Aero-spike plasma, Magnetic field
  • Omid Sam Daliri *, Azadeh Vatani, Ali Bozorgmehr Pages 73-81
    Multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) which are mixed in polymer materials could be used as a piezoresistive strain sensor for the purpose of structural health monitoring in engineering structures. In this paper, stain sensing sensitivity of CNT-epoxy nanocomposite is presented with changes in electrical resistance. Nanocomposite sensor is sticked on the aluminum cantilever beam to apply strain on it. Initially, MWCNTs with varying content from 0.01 wt% to 1.5 wt% were uniformly dispersed in the epoxy matrix. Dispersion process was conducted with shear mixing device. Therefore, a smart material was created, which was suitable for strain sensing. The microstructure of the sensor was evaluated using scanning electron microscopy to characterize typical distribution of the MWCNTs inside the epoxy matrix and form conductive networks. The effect of the preparation method (type of initial mixing, curing temperature and MWCNTs weight percent) studied on the strain and electrical changes during mechanical loading. The results showed that, initial mixing of epoxy and hardener resulted in higher sensitivity of electrical changes. Also, nanocomposite was more sensitive to strains in cantilever beam when filler content of nanocomposite was closed to the percolation threshold. In addition, sample preparation at various temperatures of 80 and 100 oc showed that the samples in lower curing temperature were more sensitive to the applied strain.
    Keywords: carbon nanotubes (CNT), Nanocomposite, electrical resistance changes, sensor
  • Mahmood Zabihpoor * Pages 83-94
    Fatigue behavior of fiber reinforced composites is still difficult to analyze or understand to be determined. It is due to various parameters affecting and their complicated interactions which come from the constituents’ physical and mechanical behavior. Hence, conducting experiments and developing fatigue models are necessary in determination of fatigue behavior in many cases. On the other hand, complicated behaviors lead the application of composite materials to be accomplished with a number of experiments and/or including high safety factors in design calculations in both the process may not be cost effective. This paper introduces a new algorithm and model to determine fatigue response of damaged circular composite beam. The results are evaluated by experimental results. By using the proposed model, the number of experiments and the time needed to determine fatigue behavior of damaged circular beams are significantly reduced. To determine the constants introduced in the local fatigue damage model, cyclic tests are performed up to limited load cycles. The predicted results by the model and obtained from the experiments represent satisfactorily good agreements.
    Keywords: fatigue, circular composite beam (CCB), continuum damage mechanics (CDM), beam stiffness, local damage model
  • Alireza Ahangarani Farahani, Abbas Dideban * Pages 95-107
    In this paper, Petri Nets tool is used to model logical operations, faults detection, controller designed and consequently significant growth in reliability for electromechanical actuator subsystem of UAV. In UAVs, actuators are used to control surfaces, therefore introducing a new way that can simulate the logical behavior and subsystem fault and control the system’s probable errors, is beneficial. To design a controller based on Petri Nets, three stages have to be done; in the first stage, different sections and main features are modeled using Petri Nets. In the second stage, synchronization is done among resulted models, then using supervisory control in the third stage, in order to ensure the unsafe situation occurrence in the system, the all control procedure is guaranteed. In this research, analytical redundancy is used to prevent entering into unsafe conditions and process control. Results show that by using this method, the probability of fault detection increases and consequently the reliability has the same faith.
    Keywords: Petri Nets, supervisory control, UAV, servo electromechanical actuator, fault detection
  • Mohammad Haji Jafari, Amirreza Kosari *, Mehdi Fakoor Pages 109-123
    Developing aerospace products in the shortest possible time is one of the most important market competitive parameters. Meanwhile, inherent complexity of these products leads to large information cycles that increase completion time, significantly. As a result, the shortest completion time beside acceptable quality becomes an inevitable necessity. In this paper, “Minimum-Risk Execution Plan (MREP)” is used to improve the conceptual design process of EH101 utility helicopter as the case study. The plan is formed around iteration management and reducing completion time in framework of Work Transformation Matrix (WTM). MREP is a work policy based on beginning with tasks with the highest couplings and by progressing the design process, adding the others in a gradual manner. The method can be described as the art of effective arrangement of design tasks while observing rework risk. Discrete-time simulation results show the supremacy of the proposed method over existing models in regard of completion time while the rework risk is maintained in the lowest possible level.
    Keywords: design structured matrix (DSM), work transformation matrix (WTM), design process improvement, minimum risk, work policy
  • Majid Abbasi, Ahmad Afifi, Mohammad Reza Alizadeh Pahlavani * Pages 125-139
    A small switching DC-DC power supply which provides different output level is a good alternative in navigation systems. Single inductor multi output (SIMO) converters can be good for existing parallel output configurations in these applications. In this paper, a multivariable control based on signal flow graph modelling is used to reduce the cross regulation problem of a step down single inductor multi output converter. The multi-stages operation of SIMO converters cause, to achieve the model which predicts their all behaviors, be more difficult than typical converters. By SFG method, all small-signal transfer functions can be derived. In the other hand, designing a controller to control each output independently needs an accurate model to predict all behavior of the converter. In this paper a buck/buck SIMO converter is modeled by SFG. An effort has been made to compare modelling results between SFG and state-space averaging method in a buck/buck structure. Then, a multivariable controller scheme based on SFG model is designed to eliminating the cross regulation of the outputs. Simulation results are included to show the validity of the obtained model and designed controller.
    Keywords: spacecraft power system, SIMO converter, multivariable control, duty cycle, small-signal model