فهرست مطالب

نشریه فناوری در مهندسی هوافضا
پیاپی 1 (تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شاهد ملکی پور*، محمد ابراهیمی صفحات 1-10
    بسیاری از ماموریت های فضایی از گذشته تا سال های آینده در محدوده رژیم ماورای صوت قرار می گیرند. به علت پیچیدگی های ذاتی در آیروترمودینامیک جریان حول پرنده هایی که در سرعت های بیش از ماخ 4 پرواز می کنند، سوال های بدون جواب و زمینه های ناشناخته زیادی وجود دارد. در چنین جریان هایی مشخصه های خاصی مانند گرادیان های شدید آنتروپی، لایه های شوک ضخیم، جریان های دما بالای گسسته، اندرکنش های لزج و لایه های مرزی با واکنش شیمیایی رخ می دهد. با در دست داشتن اطلاعات جریان ماورای صوت حول فضاپیما، می توان طراحی را تا حد زیادی بهبود بخشید. با توجه به فیزیک مسیله، دقت مورد نظر و محدودیت روش های دیگر مانند روش های عددی، بسیاری از مطالعات در این حوزه با استفاده از تست های تجربی صورت می پذیرد. با توجه به اهمیت این حوزه در دنیای هوافضای امروز، در این مقاله ضمن بررسی این حوزه، به معرفی آخرین دستاوردها و رویکردهای مراکز علمی و صنعتی دنیا پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: جریان ماورای صوت، تست، تونل شوک
  • شهرام قربانی فر* صفحات 11-18
    عدم وجود حل تحلیلی کامل برای معادلات ناویر-استوکس باعث شده است که روش های عددی نقش مهمی در تحلیل مسایل در علوم و مهندسی ایفا نماید. همچنین، هر یک از روش ها بسته به فرضیات صورت گرفته در مراحل تدوین، دارای نقاط ضعفی هستندکه محققین برای جبران آن یا روش های قبلی را توسعه و بهبود می دهند یا روش های مدرن ابداع می کنند. فرض پیوستگی سیال در استخراج معادلات ناویر-استوکس این معادلات را در رده بندی روش های ماکرو قرار می دهد. در نتیجه روش های سنتی دینامیک سیالات محاسباتی محدود به این فرض شده و نمی توانند مسایل فراتر را تحلیل نمایند. هدف این مقاله، معرفی نقاط قوت روشی جدید در دینامیک سیالات محاسباتی است که میدان عمل آن در مقیاس مزو است و پیوستگی سیال محدودیت تلقی نمی شود. بنابراین، می تواند بسیاری از نقاط ضعف روش ها در مقیاس ماکرو را پوشش دهد و طیف وسیعی از مسایل را با راندمان رضایت بخش تحلیل نماید.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، مقیاس مزو، LBM
  • حسن ناصح* صفحات 19-29
    هدف از ارایه این مقاله، آشنایی با فاز توسعه فناوری (مدرن سازی یا مدیریت فناوری) در سامانه های فضایی و بررسی روند توسعه سامانه پیشرانش سوخت مایع در حامل های فضایی است. برای این منظور، ضمن معرفی انواع فناوری ها در دو حوزه سامانه های پیشرانش و حامل های فضایی، روند توسعه سامانه های پیشرانش و اهداف آن نیز ارایه می شود. در این بررسی، روند اکتساب و توسعه فناوری در تمامی سامانه های پیشرانش سوخت مایع، به گونه ای است که از فناوری سوخت کروسین و اکسیدکننده اسیدنیتریک شروع می شود و با طی گام هایی از جمله اکتساب فناوری سوخت های هیدرازینی (دی متیل هیدرازین نامتقارن) و اکسیدکننده تتراکسید نیتروژن، حرکت به سمت سوخت کروسین و اکسیژن مایع، سرانجام به هیدروژن مایع و اکسیژن مایع می رسد. دلیل این سیر تحول فناوری ها را می توان در افزایش کارآیی (از نظر افزایش عمر،  قابلیت اطمینان، به کارگیری محفظه های رانش ارزان قیمت و کاهش تعداد مولفه های پیشرانش در حامل های فضایی یک بار مصرف) و کاهش هزینه (در دو رویکرد توسعه حامل های فضایی یک بار مصرف و چند بار مصرف) یافت.
    کلیدواژگان: توسعه فناوری، سامانه پیشرانش، حامل فضایی
  • مصطفی اسماعیلی* صفحات 31-41
    در این مقاله سیر تکامل استفاده از محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده  TVCبه عنوان یک فناوری جدید در توربین های گازی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد، انواع مختلف محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده (محصولات مراکز AFRL و GE) دارای قابلیت عالی LBO و عملکرد موثر در محدوده وسیع دینامیکی هستند. ضمنا، در بعضی از انواع TVC، میزان آلاینده NOx به 40 تا 60 درصد استاندارهای موجود کاهش می یابد و میزان راندمان احتراق به 99 درصد رسیده است. همچنین، فناوری محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده، شش مرحله از سطوح آمادگی فناوری (مراحل دانش علمی و توسعه محصول) را گذرانده است، ولی هیچ نمونه موتور توربین گازی تجاری که در آن از فناوری TVC استفاده شده باشد، گزارش نشده است.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق با گردابه به دام افتاده، راندمان احتراق، سطوح آمادگی فناوری
  • محمدعلی شاهی آشتیانی، حجت طائی*، محمد بیانوندی صفحات 43-52

    امروزه، به جهت کاهش هزینه ها، استفاده از ماهواره های کوچک در مدار ‏LEO‏ مورد استقبال قرار ‏گرفته است. با افزایش ماموریت های سنجشی در این مدار که نیاز به ماهواره هایی با دقت مداری بالا دارد، ‏کنترل مداری ماهواره های ‏LEO‏ در کنار کنترل وضعیت آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. ‏تحقیقات اخیر تلاش کرده اند تا با ارایه سامانه کنترل مداری خودگردان ‏بر دقت سامانه بیفزایند و ازسوی دیگر هزینه ها را بیش از پیش کاهش دهند. این سامانه با حفظ تمام و یا تعدادی از المان های مداری ماهواره توسط خود ماهواره، دخالت نیروی انسانی در ایستگاه زمینی را کاهش می دهد و در نتیجه نیاز به تعدد ایستگاه های ‏زمینی را مرتفع خواهد ساخت. همچنین، این سامانه علاوه بر کاهش هزینه ها و افزایش دقت، قابلیت هایی را به ماموریت های فضایی می افزاید که پیش از این وجود نداشته اند. این تحقیق با بیان ویژگی های سامانه کنترل مداری خودگردان و نیز بررسی تحقیقات نظری و عملی در این رابطه به تحلیل رویکردهای استفاده از این سامانه خواهد پرداخت.

    کلیدواژگان: کنترل مداری خودگردان، کاهش هزینه، مدار LEO
  • سید حامد هاشمی مهنه* صفحات 53-59

    در این نوشته، نخست اکتشافات فضایی از دیدگاه تاریخی بیان و سپس ماموریت‏های مهم جاری و آینده در این حوزه به اختصار معرفی می‏شوند. همچنین، سطح نشین‏ها با تمرکز بر ماه نشین‏ها و مریخ نشین‏ها مورد بررسی قرار می گیرند و چالش های فنی و ماموریت آنها مرور می‏شود. در ادامه به مسئله فرود آرام به عنوان یکی از ضروریات ماموریت‏های فضایی سطح نشین پرداخته می‏شود. سپس، مسئله فرود آرام بر ماه به عنوان یک مسئله خاص همراه با فازهای ماموریتی آن معرفی می‏شود. به دلیل اهمیت صرفه جویی در مصرف سوخت، مسئله فرود آرام بر ماه در قالب یک مسئله کنترل بهینه مصرف سوخت با معادلات دیفرانسیل عادی غیر خطی مدل سازی می‏شود. همچنین، معادلات حاکم، شرایط اولیه و نهایی آن در شرایط مختلف و نیز توابع هدف مرسوم در این دست مسایل بر حسب مراجع موجود بیان می‏شود. در پایان نیز نتایج حل عددی یک مساله نمونه برای فرود آرام بر سطح ماه بیان خواهد شد.

    کلیدواژگان: فرود آرام، کنترل بهینه، کمینه مصرف سوخت، اکتشافات فضایی
|
  • Shahed Malekipour *, Mohammad Ebrahimi Pages 1-10
    Most space missions fall in the hypersonic reentry regime. There are several open questions and unknown phenomena in aerothermodynamics around vehicles at flow regimes exceeding Mach 4 due to its inherent complexities. Strong entropy gradients, thick shock layers, dissociated high temperature flows, chemically reacting boundary layers, and viscous interactions are some of the unique flow features dominating the hypersonic flight regimes. It is possible to carry out a detailed analysis on spacecraft aerodynamics leading to an optimized design. Considering the complexity of the problem, desired accuracy of the analysis, and restrictions of numerical methods such as CFD, the experimental approach is preferred in most real-world projects. Due to the increasing importance of Hypersonic Aerodynamicsin modern aerospace studies, this paper reviews the recent advances, technical achievements as well asindustrial and scientific trends subsequent topresenting a brief introduction to the field.
    Keywords: Hypersonic Flow, experimental study, Shock Tunnel
  • Shahram Ghorbanifar * Pages 11-18
    Due to the complex nonlinear nature of Navier Stokes equations, theyhave not yet been fully solved ad hencethe role of classical CFD methods have become more highlighted. Using numerical methods, we can discretise nonlinear partial differential equations and change them into linear algebraic equations thatcan be solved via classical methods in a very straight forward manner. In these approaches, also each method suffers some limitations which areimposed on it during its derivation, so inorder to cover the weaknesses and shortcomings of these methods, many scientists and researchers try to improvethem or invent new methods. Continuum assumption,being created during NavierStokes equations derivation, is an extreme limitation for classical CFD methods which puts them in the macro-scale category. The goal of this paper is to introduce the strengths of a modern CFD method which is a mesoscale method that can easily cover most shortcomingsof the macroscale approachesand can handle a wide range of problems satisfactorily.
    Keywords: CFD, Meso-scale, LBM
  • Hassan Naseh * Pages 19-29
    The major purpose of this paper is presentation of the technology development phase (modernization or technology management) in space systems and also the review of technology development in space launch system of propulsion system. To this end, firstly, the technology areas in both propulsion systems and space launch systems and technology development are introduced. In this study, technology development and achievement trend in all propulsion subsystems are common. Propulsion system used the technology of kerosene and Nitric Acid in the first the step. Then the Hydrazine fuel, N2O4, L(O2), Kerosene and finally L(O2) and (H2) are achieved. As a conclusion, a new SLS in space transportation is considered and the reason for technology development is clarified so as to find a reduced cost (in both space launch system technology development approaches) and enhance the performance (thrust chamber low cost concepts and reduction of engine components in Expandable Launch Vehicle (ELV) and thrust chamber enhanced life concepts and reliability improvemments in Reusable Launch Vehicle (RLV)).
    Keywords: Technology Development, Propulsion System, Space Launch System
  • Mostafa Esmaeili * Pages 31-41
    In the present study, the evolution of using TVC as a novel technology in gas turbine combustors is investigated. The reported data suggest that different types of TVCs (AFRL and GE products) have the potential to provide low lean-blow out (LBO) and a wide range of dynamic operations. Also, in some types of TVCs, the NOx emission is in the range of 40% to 60% of ICAO standard and combustion efficiency is maintained at 99%. Moreover, TVC technology has passed the technology readiness level 6 but to the date, its use has not been reported in any kind of commercial gas turbine engines.
    Keywords: Trapped vortex combustor, Combustion efficiency, Technology readiness level
  • MohammadAli Ahahi Ashtiani, Hojat Taei *, Mohammad Bayanvandi Pages 43-52

    Today, in order to reduce costs, the use of small satellites in LEO orbit has been considered and byincrease of observation missions in this orbit, which requires high orbital precision satellites,orbital control of  LEO satellites beside attitude control has been especially important. Recent researches have tried toincrease system’s accuracy and on the other hand, reduce costsmore than before by offering autonomous orbit control system. This system hasreduced human intervention in the ground stationby maintaining all or some of satellite orbital elements via satellite itselfand thus has eliminated need of multiple ground stations; also in addition to costreduction andaccuracy increase, it adds abilities to space missions that did not exist before. This researchwill analysis approaches of using autonomous orbit control by expressing  features of this system and reviewing theoretical and practical researches in this regard.

    Keywords: Autonomous Orbit Control, Cost Reduction, LEO Orbit
  • Hamed Hashemi Mehneh * Pages 53-59

    First, the history of space explorations is reviewed briefly in this paper alongside with current successful and future missions in this field. Then,missions with landing on celestial bodies, especiallyMoon and Mars landings, and their technical problems and mission challenges are reviewed. Then, as one of the requirements for landing missions, the soft landing problem is introduced in details. As a specialcase, the soft landing on the Moon with mission phases and other system requirements is presented. Due to the importance of fuel saving in the space, the soft landing problem on Moon is modeled as a minimum fuel optimal control problem with nonlinear ordinary differential equations. The governing equations, initial and final conditions in various cases and common performance index formulations are also given based on the recentreferences. Finally, the results of a numerical simulation in a test case problem of Moon landing arereviewed.

    Keywords: Soft landing, Optimal control, Minimum fuel, Space explorations