فهرست مطالب

دانش و فناوری هوافضا - سال دهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1400)

نشریه دانش و فناوری هوافضا
سال دهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/01
  • تعداد عناوین: 14
|
  • علی ترکاشوند، محمد بوالحسنی، کامران دانشجو*، مجید قادری، بیژن محمدی صفحات 7-24

    ساختارهای دوجداره کاربرد فراوانی در صنایع مختلفی چون هوافضا، دریایی و خودروسازی دارند. بنابراین در این مقاله به بررسی پدیده ی انتقال صوت در این سازه ها پرداخته می شود. به دلیل تاثیرگذاری پارامترهای چرخش و برش با افزایش ضخامت پوسته استوانه ای، از روش تیوری سه بعدی الاستیسیته برپایه نیوتنی استفاده می شود. برای حل معادله حرکت استوانه، فرض می شود که میدان جابجایی مجموع گرادیان یک میدان پتانسیل اسکالر و کرل یک میدان پتانسیل برداری است. در نتیجه معادله حرکت پوسته به دو معادله موج مجزا تبدیل می شود که با حل آن ها میدان جابجایی بدست می آید. برای اطمینان از معادلات بدست آمده، نتایج حاضر با نتایج دیگر محققان در این زمینه که با تیوری های دیگر چون کلاسیک حاصل شده اند، مقایسه می شود. در پایان تاثیر پارامترهای مختلفی چون خصوصیات و ضخامت لایه سیال، عددماخ و جنس استوانه ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که در سازه های دوجداره با لایه میانی سیال، مقاومت صوتی (حاصلضرب سرعت صوت در چگالی) سیال عامل اصلی و تاثیرگذار در کنترل صوت می باشد. هر سیالی که از مقاومت صوتی بیشتری برخوردار است در کنترل صوت بهتر رفتار می کند و افت انتقال صوت را بهبود می بخشد.

    کلیدواژگان: ساختارهای دوجداره، شکاف هوا، تئوری سه بعدی الاستیسیته، افت انتقال صوت
  • محمدرضا نجفی، سعید محجوب مقدس* صفحات 25-35
    در این مقاله به بررسی ارتعاشات وارد بر یک نمونه سامانه آزمایشگر سورتمه تک ریل دارای میراگر پرداخته می شود. ابتدا با استخراج معادلات ارتعاشی حاکم بر مسیله، اقدام به کدنویسی در نرم افزار متلب شده و با رسم نمودار FFT، فرکانس های طبیعی سیستم به دست آورده می شوند. فرکانس اول و دوم سیستم به ترتیب مربوط به جابه جایی پیچشی و جابه جایی عرضی سورتمه می باشند. باتوجه به سازه ای بودن میرایی سامانه سورتمه، جهت استخراج مقادیر سفتی معادل و میرایی معادل، از آزمون تجربی به وسیله دستگاه تست دینامیک هارمونیک استفاده می شود. سپس با شبیه سازی مدل سورتمه در نرم افزار آباکوس، آنالیز مودال صورت گرفته و فرکانس های طبیعی و شکل مودها استخراج می گردند. درنهایت با ساخت مدل طراحی شده سورتمه و انجام آنالیز مودال تجربی، فرکانس های طبیعی سیستم با دو روش قبل مورد مقایسه قرار گرفته و با خطای کمتر از 9 درصد مورد تایید قرار می گیرد. واژگان کلیدی: سامانه آزمایشگر سورتمه، فرکانس طبیعی، آنالیز مودال، سفتی معادل، میرایی معادل.
    کلیدواژگان: سامانه آزمایشگر سورتمه، فرکانس طبیعی، آنالیز مودال، سفتی معادل، میرایی معادل
  • میلاد عظیمی*، محمدجواد چیتگری، سیدحامد هاشمی مهنه صفحات 37-53
    این مقاله به کنترل فعال ارتعاشات و پایش سلامت پنل ترکدار فضاپیمای انعطافپذیر در مانور وضعیت با استفاده از وصله های حسگر/عملگر پیزوالکتریک و روش فیدبک نرخ کرنش پرداخته است. پنل انعطافپذیر ترک دار با رویکرد تیوری تیر اویلر-برنولی و روش المان محدود مدلسازی شده و معادلات غیرخطی حرکت سیستم کاملا کوپل صلب-انعطافپذیر با استفاده از روش لاگرانژ استخراج و با روش عددی نیومارک-بتا حل شده است. دو رویکرد، پایش سلامت به صورت آزمون و خطا و با اندازه گیری بیشینه نرخهای کرنش هر المان حین مانور (به صورت بهنگام) در کنار کنترل ارتعاشات (با اعمال نیروی کنترلی مبتنی بر بیشترین مقادیر نرخ کرنش با تعداد معین و از پیش تعریف شده عملگرهای پیزوالکتریک)، در نظر گرفته شده است. بیشنه نرخهای کرنش با تغییر در شرایط ماموریت و جابجایی ترک در لحظه تغییر کرده و به طور همزمان عملگرهای متناظر فعال میشوند. همچنین به منظور شناسایی رفتار کل سیستم ترکدار، تابع انرژی متشکل از انرژیهای جنبشی و پتانسیل پنلهای انعطافپذیر و پارامترهای وضعیت بدنه صلب با لحاظ ضرایب وزنی مختلف ارزش دهی شده است که معیار مناسبی از عملکرد رویکرد دوم (الگوریتم هوشمند پیشنهادی) می باشد. شبیه سازیها برای مکانهای مختلف ترک و ورودیهای گشتاورهای خارجی وارد بر بدنه صلب فضاپیما در قالب یک مطالعه مقایسه ای در محیط متلب/سیمولینک، معیاری مناسب در تعیین تعداد، مکان عملگرها و کاهش هزینه های توان مصرفی در فضاپیماهای مدرن امروزی در ماموریتهای با دقت بالا میباشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات-پایه، پایش سلامت، کنترل فعال ارتعاشات، فضاپیمای انعطافپذیر، فیدبک نرخ کرنش
  • محسن آقاسیدمیرزا بزرگ، سعید خردمند، محمدرضا خداپرست* صفحات 55-69
    تغییرات ارتفاع از سطح دریا تاثیر چشمگیری در عملکرد موتور احتراق داخلی دارد. به منظور حفظ توان موتور با تغییر ارتفاع می توان از توربوشارژرها استفاده کرد. برای تست ترکیب توربوشارژرها در شرایط ارتفاع بایستی فشار و دمای مورد نظر را ایجاد نمود که این مهم با قرار دادن کلیه مجموعه مورد آزمایش در محفظه شبیه ساز ارتفاع امکان پذیر بوده یا حداقل شرایط ورود و خروجیها را باید کنترل و فشار و دمای مربوط به آن ارتفاع را ایجاد نمود. ایجاد این شرایط هزینه بر و کنترل آن مشکل می باشد. هدف از این مقاله ارایه روشی سادهتر و مقرون به صرفه برای ایجاد بستر آزمون مجموعه توربوشارژری بر روی موتور احتراق داخلی در شرایط ارتفاع می باشد. در این مقاله موتور هدف شبیه سازی یک بعدی و با مقایسه نتایج تست موتور، اعتبار سنجی شده است. با استفاده از اطلاعات نسبت فشار، دبی جرمی و دور تصحیح شده بدست آمده از شبیه سازی، روشی ساده برای تست نسبت فشار مورد نیاز در ارتفاع مورد نظر ارایه گردیده است. این طرح مقدماتی میتواند محدوده چیدمان کنترلی توربوشارژرها را مشخص و هزینه و زمان آزمایشات عملیاتی وسیله پرنده کاهش دهد. شبیه سازی موتور هدف در تحقیق و مقایسه آن با نتایج تجربی در دورهای مختلف خطای حداکثر 10 درصد شبیه سازی را نشان می دهد. از جمله دستاوردهای این تحقیق قابلیت استفاده از این روش در محدوده وسیعی از ارتفاع می باشد. به طوری که استفاده از این روش نشان می دهد موتور با توربوشارژر قابلیت حفظ 90 درصد توان تا ارتفاع بیش از 2/12 کیلومتر را دارد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، توربوشارژر، بستر آزمون، دبی جرمی، ارتفاع بالا
  • امیرحمزه فرج الهی*، رضا فیروزی، محسن رستمی، محمدرضا سلیمی، فرید باقرپور صفحات 71-88
    در مطالعه حاضر به بررسی رفتار پاشش سوخت دیزل و کراسین درون محفظه احتراق استوانه ای حجم ثابت برای اریفیس انژکتور پرداخته شده است. مشخصات هندسی انژکتور بر مشخصات اسپری و کیفیت اتمیزاسیون از هندسه های مختلف به صورت عددی در نرم افزار فایر مدل سازی و مورد تحلیل قرار گرفته است. جریان سوخت مایع درون انژکتور دارای اریفیس استوانه ای و مخروطی همگرا مدل سازی شده و از سوخت دیزل و کراسین در سوراخ نازل دارای شیار استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهند که اسپری کراسین دارای طول نفوذ کمتر و قطر ذرات و زاویه مخروطی بیشتری نسبت به سوخت دیزل می باشد. در مدت زمان انتهایی پاشش، ایجادشیارمنجربه افزایش ضریب تخلیه به میزان 73درصد،افزایش سرعت متوسط و دبی جرمی خروجی به میزان80درصد، کاهش طول نفوذبه میزان6 درصد، کاهش قطر متوسط ذراتبهمیزان 5/18درصدبرای سوخت دیزل و کاهش ضریب تخلیه به میزان54 درصد، کاهش سرعت متوسط خروجی به میزان 52درصد، کاهش دبی جرمی خروجی به میزان49 درصد،کاهش طول نفوذبهمیزان 22درصد و افزایش قطر متوسط ذراتبهمیزان 5/5درصد برای سوخت کراسین نسبت به نازل استوانهای می گردد.کنترل مشخصات اسپری سوخت به منظور افزایش راندمان احتراق موتور و همچنین کاهش آلایندگی آن ها دارای اهمیت بوده و از طریق تغییر هندسه اریفیس انژکتور سوخت قابل انجام می باشد.
    کلیدواژگان: اریفیس انژکتور، خان، دیزل، کروزنه، مشخصات اسپری
  • محمد حسین امیرعبداللهیان*، مرتضی منتظری صفحات 89-102
    در این مقاله ابتدا مدل سازی موتور توربوفن و سپس طراحی کنترلر دبی سوخت بر اساس الگوریتم Min-Max انجام شده است. سیستم کنترل موتور بصورت دوکاناله که به معنای دو کنترلر مستقل از یکدیگر اما مرتبط با هم است، طراحی شده است. در تست نرم افزار در حلقه (MIL)، کنترلر و مدل موتور در رایانه اجرا شده ولی در تست سخت افزاردر حلقه (HIL)، کنترلر بر روی یک برد آردوینو پیاده سازی شده که از طریق کابل USB با مدل موجود در کامپیوتر مرتبط می شود. هدف اصلی کنترلر رعایت قیود موتور، تامین دبی سوخت بر اساس تراست مورد نظر خلبان در حداقل زمان و عدم تغییرات سریع دبی سوخت می باشد. نتایج تست های MIL و HIL به ازای ورودی های مختلف بررسی شده است که نشان می دهد کنترلر به درستی موارد فوق را رعایت کرده است. تنها تفاوت نتایج تست های HIL و MIL، سرعت پایین تر کنترلر در تست HIL می باشد.
    کلیدواژگان: توربوفن، دبی سوخت، کنترلر Min-Max، انتخاب کانال فعال، سخت افزار در حلقه (HIL)
  • سروش حریمی، روح الله خوشخو*، محمدحسین شمس صفحات 103-115
    در دهه گذشته، استفاده از عملگرهای پلاسما جهت اعمال مکانیزم کنترلی بسیار موردتوجه بوده است. یکی از انواع عملگر های پلاسما، عملگر پلاسمایی تخلیه سد دی الکتریک (DBD) می باشد. از ویژگی های آن می توان به ساده بودن ساختار آن، زمان پاسخ گویی سریع، توان مصرفی کم و نداشتن بخش های متحرک اشاره نمود. در این تحقیق، تاثیر استفاده از چند عملگر پلاسمای DBD در فواصل و تعداد مختلف جهت تولید نیروهای آیرودینامیکی به صورت آزمایشگاهی بر روی صفحه تخت مورد بررسی قرار گرفت، نتایج بدست آمده نشان می دهد که عملگرهای پلاسما می توانند باعث ایجاد نیروی برآ و رانش شوند که به طور مستقیم با میزان ولتاژ و فرکانس جریان الکتریکی در ارتباط است و با افزایش ولتاژ از میزان ولتاژ شکست، نرخ تولید نیروهای برآ و رانش نیز افزایش می یابد. همچنین، میزان فرکانس جریان الکتریکی بر میزان ولتاژ شکست تاثیر بسزایی دارد. در نهایت در آزمایش ها مشاهده شدکه فاصله بین عملگرهای پلاسما می تواند تاثیر مهمی در میزان تولید نیروهای ایرودینامیکی داشته و تاثیر فاصله بین عملگرها از تعداد عملگرهای پلاسمای مورد استفاده در تولید نیروهای آیرودینامیکی مهم تر می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، عملگر پلاسمای DBD، نیروهای آیرودینامیکی، بررسی تجربی
  • احسان عباسعلی، امیررضا کوثری*، مجید بختیاری صفحات 117-130
    در این مقاله، شناسایی شرایط اولیه مدارهای متناوب لیاپانوفی در مساله سه جسم محدود شده دایروی در حضور اغتشاشات پخیدگی هر دو جسم اصلی، با استفاده از نگاشت پوانکاره انجام خواهد شد. بدین منظور ابتدا معادلات حاکم بر حرکت مداری ماهواره در حضور اغتشاشات پخیدگی با استفاده از مکانیک لاگرانژی استخراج می گردد. باتوجه به عدم وجود هرگونه حل حلقه-بسته برای معادلات استخراج شده، باید از روش های حل عددی استفاده شود. بنابراین وابسته به شرایط اولیه پارامترهای حالت، مساله می تواند دارای پاسخ های متناوب و غیر-متناوب باشد. شرایط اولیه مناسب به منظور یافتن پاسخ های متناوب در مطالعات قبل توسط یک حل تخمینی از معادلات حرکت مساله سه جسم محدود شده توسط روش مانده و استفاده از یک الگوریتم اصلاح مداری به دست می آمد که نیازمند محاسباتی پیچیده بود. به همین علت، در این مقاله استفاده از نگاشت پوانکاره به منظور یافتن شرایط اولیه مناسب مدارهای لیاپانوفی پیشنهاد می گردد. استفاده از این روش مزیت کم کردن ابعاد سیستم، به ابعاد مورد مطالعه تحقیق و عدم نیاز به استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی را به همراه دارد. مرکز و مرزهای جزایر تشکیل شده در این نگاشت به عنوان حدس های اولیه مناسب به منظور ملاقات پاسخ های متناوب قلمداد می گردد. به منظور صلاحیت سنجی روش ذکر شده، در نهایت مدارهای لیاپانوفی با استفاده از حدس های اولیه استخراج شده از نگاشت پوانکاره رسم خواهد گردید که گویای اعتبار روش ذکر شده خواهد بود. همچنین به منظور نشان دادن تاثیر اغتشاشات مقایسه ای میان شرایط اولیه مدارهای لیاپانوفی در مدل دارای اغتشاش و ساده، انجام خواهد شد.
    کلیدواژگان: نگاشت پوانکاره، اغتشاش پخیدگی، مساله سه جسم، مدارهای متناوب لیاپانوفی
  • عابدین منصوری نژاد، حسین بلندی، سعید عبادالهی* صفحات 131-143
    در این مقاله آرایش PCO معرفی شده است. آرایش PCO برای سه ماهواره بسط داده شده و یک ماهواره به عنوان پیشرو و دو ماهواره به عنوان پیرو فرض می شوند. یک کنترل کننده ی جدید معرفی شده است تا موقعیت (فاصله) ماهواره های پیرو نسبت به ماهواره پیشرو را کنترل و اغتشاشات محیطی(کشش اتمسفری، اغتشاشات جاذبی، فشار تشعشعات خورشیدی و غیره) را نیز دفع کند. کنترل کننده پیشنهادی مد لغزشی تطبیقی (ASMC) است و به نوعی بر پایه ی خطی سازی فیدبک و کنترل کننده ی PI با ضرایب تطبیقی است تا هم پایدارسازی و هم ردیابی صورت پذیرد. این کنترل کننده غیرخطی است و اثبات پایداری آن از روش لیاپانوف انجام می شود. جهت ارزیابی عملکرد کنترل کننده پیشنهادی ابتدا روش خطی سازی معادلات دینامیکی غیرخطی موقعیت ماهواره ها ارایه می شود سپس روش LQR در شبیه سازی برای این معادلات بکار برده می شود و نتایج حاصل از آن با کنترل کننده پیشنهادی مقایسه می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کننده پیشنهادی در شکل گیری اولیه آرایش PCO به خوبی عمل کرده و همچنین با توجه به موقعیتهای نسبی مطلوب ماهواره های پیرو هیچ برخوردی رخ نمی دهد. کنترل کننده پیشنهادی در حفظ آرایش PCO و دفع اغتشاشات محیطی عملکرد بهتری نسبت به روش LQR دارد.
    کلیدواژگان: آرایش های ماهواره ای، آرایش PCO، ساختار کنترلی پیشرو - پیرو، موقعیت نسبی ماهواره ها، مد لغزشی تطبیقی
  • مهران مهدی آبادی، نعمت الله قهرمانی* صفحات 145-155

    در این مقاله، بهینه سازی افق محدود ارتفاع مداری یک ماهواره بر بر اساس کنترل افق محدود غیرخطی ارایه شده است. رویکرد روش پیشنهادی، بهینه سازی متغیرهای مسیر پرواز نظیر پارامترهای زاویه حمله و همچنین بهینه سازی تراست مراحل برای دست یابی به حداکثر ارتفاع مداری است. در این روش، ابتدا مسیر نامی حامل فضایی با بهره گیری از روش های مختلف بهینه سازی نظیر جستجوی الگو، برنامه ریزی مربعی متوالی و الگوریتم ژنتیک بدست آمده و با یکدیگر مقایسه شده است. مسیر حاصله، بر اساس شرایط نامی حامل فضایی و با بهینه سازی متغیرهای تابع زاویه حمله حاصل شده است. در این روش، با استفاده از روش بهینه سازی افق محدود، تراست بهینه در مراحل مختلف با فرض ثابت بودن ضربه کل هر یک از مراحل بدست آمده و ارتفاع مداری بیشینه شده است. انعطاف پذیری این روش در حل مسایل بهینه سازی و امکان در نظر گرفتن قیود مختلف مسیر پرواز، از مزایای این روش پیشنهادی افق محدود است. الگوریتم پیشنهادی در بهینه سازی ارتفاع مداری یک حامل فضایی بومی بکار رفته و نتایج شبیه سازی بیانگر افزایش 24 کیلومتری ارتفاع مداری آن نسبت به شرایط مسیر نامی آن است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی افق محدود، مدل غیرخطی پیش بین، ارتفاع مداری، ماهواره بر
  • مجید بختیاری*، کامران دانشجو، سامان زارعی صفحات 157-169
    روش هندسی یکی از روش های غیرخطی حرکت نسبی بزرگ مقیاس است که برای همه خروج از مرکزیت ها و فاصله های نسبی مورداستفاده قرار می گیرد. در این مقاله، معادلات حرکت نسبی برای مدارهای اغتشاش یافته توسعه داده شده است. با استفاده از پارامترهای نسبی به دست آمده از روش هندسی، یک قانون کنترل ردیابی وضعیت نسبی برای کاربرد ارسال اطلاعات یک ماهواره به ماهواره دیگر در حضور دینامیک موقعیت و عدم قطعیت پارامتری طراحی شده است. برای جهت گیری آنتن ماهواره، برخی پارامترهای نسبی مانند موقعیت نسبی، سرعت نسبی و... موردنیاز است که از طریق تیوری حرکت نسبی به دست می آیند. هدف و مسیر ردیابی ماهواره موردنظر، ماهواره دومی است که در مدار خود در حرکت است. به دلیل وجود عدم قطعیت در دینامیک سیستم باید از کنترلر مقاوم برای به دست آوردن قانون کنترل استفاده کرد. به همین دلیل، از تیوری کنترل مقاوم مود لغزشی استفاده شده است که نسبت به عدم قطعیت ها و همچنین اغتشاشات خارجی پایدار است. عدم قطعیت در ممان اینرسی ماهواره به دلیل تلاطم سوخت ماهواره در طی این مانور وضعیت می باشد. درنهایت یک قانون کنترل مناسب طراحی شده که در برابر این عدم قطعیت ها مقاوم بوده و دقت خوبی دارد.
    کلیدواژگان: ردیابی نسبی، کنترل وضعیت، حرکت نسبی، اغتشاش جسم سوم
  • محمدعلی باقرزاده کوهبنانی، حجت الله مرادی شهربابکی* صفحات 171-188
    امروزه سیستم ناوبری اینرسی (INS) به صورت تلفیق شده با سیستم های کمک ناوبری به منظور افزایش دقت استفاده می شود. با این وجود در برخی از کاربردها امکان استفاده از روش های تلفیقی وجود ندارد و یا در صورت قطع دسترسی به سیستم کمک ناوبری، INS بایستی بتواند تا زمان دسترسی مجدد، به صورت مستقل به کارکرد صحیح خود ادامه دهد. بنابراین بایستی بتوان دقت INS را تا حد امکان افزایش داد. تعدادی از مهم ترین عوامل کاهش دقت ناوبری اینرسی عبارتند از: نویز اندازه گیری، خطای حسگرهای اینرسی، ناهمراستایی و خطای نصب حسگرها بر روی بدنه وسیله متحرک. در این مقاله روش هایی برای جبران سازی این عوامل و افزایش دقت سیستم های ناوبری اینرسی متصل به بدنه متشکل از حسگرهای MEMS ارایه شده است. ابتدا تاثیر حذف نویز بر دقت ناوبری به صورت عملی بررسی شده است. سپس روشی برای کالیبراسیون شتاب سنج ها و ژایروسکوپ های MEMS ارایه شده است و همچنین جبرانسازی خطای نصب و ناهمراستایی حسگرها با محورهای مختصات دستگاه بدنه بررسی شده است. صحت عملکرد سیستم طراحی شده در آزمون های عملی ارزیابی و گزارش شده است.
    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، حسگرهای اینرسی MEMS، حذف نویز، کالیبراسیون، ناهمراستایی
  • حکیمه مظاهری*، سلمان گلی صفحات 189-210
    تحقیقات بسیاری در زمینه برنامه ریزی مسیر به عنوان یکی از مهم ترین مسایل در پهپادها انجام شده است که باتوجه به شرایط و محدودیت های موجود، نتایج مختلفی به همراه داشته است. در این پژوهش از یک الگوریتم پیشنهادی موثر مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی پروانه استفاده شده که دارای یک تابع مطلوبیت و قابلیت بهینه سازی همزمان چند پاسخ است. وجه تمایز BOA نسبت به سایر الگوریتم های فراابتکاری آن است که هر پروانه با ترکیب اطلاعات به دست آمده از گیرنده های مختلف حسی ، برازش منحصر به خود را در مسیر تولید کرده و از این جهت توانایی خوبی در حل مسایل چندهدفه دارد. در این نوشتار از یک تابع هدف سه بعدی به منظور محاسبه طول کوتاه ترین مسیر، شدت برخورد با موانع، جلوگیری از تصادم و افزایش توان عملیاتی پهپاد که تابعی از میزان انرژی مصرف شده است، استفاده خواهد شد. همچنین مفهوم عامل پرتاب هوشمند استفاده شده در این الگوریتم همزمان باعث جلوگیری از گیر افتادن در بهینه های محلی و افزایش سطح پوشش شبکه در فرایند مسیریابی می شود. این عامل پرتاب با استفاده از تکنیک های هندسی و منحنی میزان، مانع از برخورد پهپاد با موانع می شود. عملکرد الگوریتم پیشنهادی با روش های کلونی مورچه و بهینه سازی ازدحام ذرات به عنوان کاربردی ترین الگوریتم های فراابتکاری مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد، الگوریتم BOA در مقایسه با دو الگوریتم دیگر، در بهترین حالت، دارای کمترین هزینه و در بدترین حالت، دومین کمترین هزینه را داشته است. هم چنین BOA از نظر مدت زمان اجرا و مقدار بهینه تابع برازش، به نسبت دو الگوریتم دیگر عملکرد بهتری دارد.
    کلیدواژگان: پهپاد، برنامه ریزی مسیر، الگوریتم بهینه سازی پروانه، فضای سه بعدی، جلوگیری از تصادم
  • مصطفی ناظمی زاده*، علی رضا بابائی صفحات 211-223
    این مقاله به مدلسازی دینامیکی و کنترل بهینه غیرخطی یک وسیله هوایی با در نظر گرفتن مدل غیرخطی موتور پیشران می پردازد. بدین منظور معادلات دینامیک پرواز غیرخطی وسیله هوایی با در نظر گرفتن روابط غیرخطی حاکم بر موتور پیشران آن استخراج می شود. رابطه نیروی پیشرانش و مصرف سوخت موتور هوازی بیان و با معادلات دینامیک غیرخطی وسیله پرنده ترکیب می شود. با بیان فرمولاسیون کنترل بهینه غیرخطی وابسته به حالت، دینامیک غیرخطی جسم هوایی به عنوان معادلات قیدی مسیله در نظر گرفته شده و تابع هزینه شامل متغیرهای حالت و ورودی های کنترلی در لحاظ می شود. سپس تابع همیلتونین مسیله کنترل بهینه تشکیل و معادلات بهینگی بدست می آید. با حل عددی معادلات بهینگی، پارامترهای متعددی نظیر زاویه مسیر پرواز، عدم قطعیت، زاویه حمله و ضرایب وزنی کنترل بهینه در نظر گرفته شده و شبیه سازی متنوعی ارایه می شود. نتایج نشان می دهد، با افزایش زاویه حمله، زمان و تلاش کنترلی سامانه افزایش می یابد. با تغییر ضرایب وزنی مسیله کنترل بهینه، مسیرهای بهینه کنترلی متعددی ایجاد و افزایش ضرایب وزنی ورودی باعث کاهش مصرف سوخت بهینه می شود. مشاهده می شود که با تغییر پارامتر عدم قطعیت در مدلسازی، پاسخ گذرا سیستم تغییر کرده اما در نهایت روش کنترل بهینه توانمند در ردیابی مسیر مطلوب بوده است. با تغییر شرایط اولیه مختلف و پارامترهای مختلف، کنترل بهینه غیرخطی سیستم به خوبی انجام می شود که نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی در مدلسازی و کنترل غیرخطی سیستم است.
    کلیدواژگان: وسیله هوایی، موتور پیشرانش، دینامیک غیرخطی، کنترل بهینه، وابسته به حالت
|
  • Ali Tarkashvand, Mohamad Bolhasani, Kamran Daneshjou *, Majid Ghaderi, Bijan Mohammadi Pages 7-24

    Double-walled structures are widely used in various industries such as aerospace, marine, and automotive. Therefore, in this paper, the sound transmission in these structures is investigated. Due to the influence of rotation and shear parameters by increasing the thickness of the cylindrical shell, the Newton-based three-dimensional theory of elasticity is used. In order to solve the governing equation of motion for a cylinder, it is assumed that the displacement field is the sum of the gradients of a scalar potential field and the curl of a vector potential field. As a result, the shell motion equation becomes two separate wave equations, which solve the displacement field. To confirm the obtained equations, the present results are compared with the results of other researchers in this field that have been obtained with other theories such as classical shell theory. Finally, the effect of various parameters such as properties and thickness of the fluid layer, Mach number, and material of the cylinders are investigated. The results show that in double-walled structures with the air gap, the acoustic impedance (the speed of sound multiplied by density) of the fluid is the main and effective factor in sound control. Any fluid with more Acoustic impedance behaves better in sound control and improves sound transmission loss.

    Keywords: Double-walled structures, Air gap, Three-dimensional theory of elasticity, Sound transmission loss
  • Mohammad Reza Najafi, Saeed Mahjoub Moghadas * Pages 25-35
    In this paper, the vibrations on the sample of a single-rail sled tester system with dampers are investigated. First, by extracting the vibration equations governing the problem coded in MATLAB software and by drawing the FFT diagram, the natural frequencies of the system are obtained. The first and second frequencies of the system are related to torsional displacement and transverse sled displacement, respectively. Due to the structural damping of the sled system, to extract the equivalent stiffness and equivalent damping values, the experimental test is used by the harmonic dynamic test device. Then, by simulating the sled model in ABAQUS software, modal analysis is performed and natural frequencies and mode shapes are extracted. Finally, by constructing a designed sled model and performing experimental modal analysis, the natural frequencies of the system are compared with the previous two methods and confirmed with an error of less than 9%.KeywordsSled tester system, natural frequency, modal analysis, equivalent stiffness, equivalent damping.
    Keywords: Sled tester system, natural frequency, modal analysis, equivalent stiffness, equivalent damping
  • Milad Azimi *, Mohammad Javad Chitgari, Seyed Hamed Hashemi Mehne Pages 37-53
    This paper deals with active vibration control (AVC) and structural health monitoring of a maneuvering flexible spacecraft with a cracked panel using piezoelectric (PZT) sensor/actuator patches and strain rate feedback (SRF) method. The cracked panel is modeled using the Euler-Bernoulli beam theory and the finite element method (FEM). The nonlinear equations of motion of the fully coupled rigid-flexible system are extracted using the Lagrangian formulation and solved with Newmark-β algorithm. Two approaches of structural health monitoring; first, trial and error, and second, maximum strain rates (online measurement) along with AVC (applying control signals based on the maximum values of strain rates to the predefined number, but unknown locations of PZT actuators), are performed. The strain rates change directly with mission conditions and crack locations, and the corresponding actuators are activated simultaneously. Moreover, to identify the dynamic behavior of the whole, cracked system, an energy function with different weighting coefficients is introduced to propose a suitable criterion for the performance evaluation of the second approach. Simulations for different crack numbers and locations and external disturbances as a comparative study (in MATLAB/Simulink) demonstrate suitable criteria to determine the number and locations of actuators and reduce the power costs in modern spacecraft in high-precision missions.
    Keywords: Vibrations-based, Structural health monitoring, Active Vibration Control, Flexible spacecraft, Strain rate feedback
  • Mohsen Aghaseyedmirzabozorg, Saeid Kheradmand, Mohammadreza Khodaparast * Pages 55-69
    Changes in altitude from the sea level have a significant effect on the performance of the internal combustion engine. Turbochargers can be used to maintain engine power by changing the height. In order to test the combination of turbochargers under the conditions of high altitude, the pressure and temperature should be created, which is possible by placing all the test set in the altitude simulator chamber, or at least the conditions of inlet and outlet must be controlled and the pressure and temperature associated with it altitude made. Creating these conditions is difficult to control. The purpose of this paper is to provide a simpler and more cost-effective way to create a r turbocharger test bed on an internal combustion engine in altitude conditions. In this paper, one-dimensional simulation engine is engineered and compared with the motor test results. Using a compression ratio, mass flow rate and corrected distances obtained from simulation, a simple method for testing the required pressure ratio at the desired height is presented. This preliminary design can specify the scope of turbocharger control overhead and reduce the cost and time of operational testing of the bird's device for extracting control overflow.The simulation of the target engine in the research and comparing it with the experimental results at different periods shows a maximum simulation error of 10%. This research is the applicable over a wide range of altitudes. The turbocharged motor is capable of maintaining 90% power up to a height of more than 12.2 km.
    Keywords: Simulation, Turbocharger, test bed, Mass Flow, high altitude
  • Amirhamzeh Farajollahi *, Reza Firuzi, Mohsen Rostami, Mohammadreza Salimi, Farid Bagherpor Pages 71-88
    In the present study, the spraying behavior of diesel and kerosene fuel in a cylindrical fixed volume combustion chamber for a injector orifice has been investigated. In order to investigate the effect of injector geometry on fuel spray characteristics and atomization quality, different geometries have been used. For this purpose, the microscopic and macroscopic properties of the diesel and kerosene fuel spray for different geometries of orifice compression ignition injectors are modeled and investigated using AVL-Fire. Firstly, the liquid fuel flow inside the injector with cylindrical and converged conical nozzle holes have been modeled and then in the following diesel and kerosene fuels have been used in the grooved nozzle hole. Numerical results show that in this case, the kerosene spray has smaller penetration length and bigger cone angle than diesel fuel. Controlling the properties of the fuel spray is important to increase the combustion efficiency of the engine and also to reduce their pollution, and can be done by changing the geometry of the fuel injector nozzle.
    Keywords: Injector Orifice, Groove, Diesel, Kerosene, Spray Characteristics
  • Mohammad Hosein Amirabdollahian *, Morteza Montazeri Pages 89-102
    In this paper, first the turbofan engine is modeled and then the fuel flow controller is designed based on the Min-Max algorithm. The engine control system is designed as a dual channel, which means two controllers independent of each other but connected to each other. In the Model-in-the-Loop (MIL) test, the controller and the engine model are run on the computer, but for the Hardware-in-the-Loop (HIL) test, the controller is implemented on an Arduino board that connects to the computer model via USB cable. The main purpose of the controller is to comply with engine restrictions, to provide fuel flow based on the pilot's desired trust in the minimum time and no rapid changes in fuel flow. The results of MIL and HIL tests were evaluated for different inputs, which shows that the controller correctly observed the above notes. The only difference between the HIL and MIL test results is the lower speed of the controller in the HIL test.
    Keywords: Turbofan, Fuel Flow, Min-Max Controller, Active Channel Selection, Hardware-in-the-Loop (HIL)
  • Soroush Harimi, Roohallah Khoshkhoo *, Mohammad Hossain Shams Pages 103-115
    Plasma actuators application in flow control was a focus of attention in recent decade. Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma actuators are a subgroup of plasma actuators owing simple structure and performance, fast response time, low power consumption, Low Stealth and lack of moving parts. In this study, the effects of using multiple DBD plasma actuators at different distances and numbers to produce aerodynamic forces were experimentally evaluated on a flat plate in air atmosphere. DBD plasma actuator performance was directly related to the voltage and frequency of the electric current; by raising the voltage above the breakdown voltage, the rate of thrust and lift forces will increase; while the frequency of electric current significantly influences the breakdown voltage. Furthermore, the study reveals that the distance between the DBD plasma actuators has a major role on the amount of aerodynamic forces, offering more impact in comparison with number of DBD plasma actuators.
    Keywords: flow control, DBD plasma actuator, Aerodynamic forces, Experimental survey
  • Ehsan Abbasali, Amirreza Kosari *, Majid Bakhtiari Pages 117-130
    The study was done to identify periodic Lyapunov orbits in the presence of the primaries oblateness applying Poincaré map at the restricted three-body. Governing equations of the PRTBP orbital motion were derived using principles of the Lagrangian mechanics. Since the governing equations have no closed-form solution, so the numerical method must be applied. So the problem can have different periodic or non-periodic responses to the initial conditions. The proper initial conditions were obtained from combining the third-order approximation of the Unperturbed Restricted Three-Body Problem and the orbital correction algorithm in previous researches. This method required complex and time-consuming mathematical calculations. Therefore, in this paper, the suitable initial conditions of periodic Lyapunov orbit are suggested to identify with the Poincaré map. Poincaré maps are a valuable tool for capturing the dynamical structures of a system, such as periodic solutions via a discrete and lower-dimensional representation of the dynamical flow. The center and boundaries of the islands created in this map are considered as suitable initial conditions to meet the periodic responses. To validate the proposed method, the perturbed Lyapunov orbits family is plotted. Also, in order to illustrate the effect of perturbations, the initial conditions of the perturbed and unperturbed models are compared due to the same initial guess vectors.
    Keywords: Poincaré map, Oblate primaries, Lyapunov orbits, three-body problem
  • Abedin Mansourinezhad, Hossein Bolandi, Saeed Ebadollahi * Pages 131-143
    This article introduces PCO formation. The PCO array is extended to three satellites, and one satellite is assumed to be the leader and two satellites to be the follower. A new controller has been introduced to control the position (distance) of the follower satellites in relation to the leader satellite and to reject environmental disturbances (atmospheric drag, gravitational perturbations, solar radiation pressure, etc.). The proposed controller is the Adaptive Sliding Mode Controller (ASMC) and somehow based on feedback linearization and the PI controller with adaptive coefficients for both stabilization and tracking. This controller is nonlinear and its stability is proved by Lyapunov method. To evaluate the performance of the proposed controller, first the method of linearization of nonlinear dynamic equations of position of satellites is presented then LQR method is used in the simulation for these equations and the results are compared with the proposed controller. The simulation results show that the proposed controller performed well in the initial formation of the PCO arrangement and also no collision occurs due to the desire relative positions of the follower satellites. The proposed controller performs better than the LQR method in keeping the PCO formation and reject environmental disturbances.
    Keywords: Satellite Formations, PCO Formation, Lead-Follower Control Structure, Relative Position of Satellites, Adaptive Sliding Mode
  • Mehran Mahdi Abadi, Nematollah Ghahremani * Pages 145-155

    In this paper, the finite horizon orbital optimization of a satellite launch vehicle based on nonlinear predictive model is presented. The proposed method optimizes the flight path variables such as the angle of attack parameters as well as the optimization of the trust value of each stage to achieve the maximum orbital altitude. In this method, the nominal path of the space carrier is obtained and compared with different optimization methods such as pattern search, sequential square programming and genetic algorithm. The resulting path is obtained based on the nominal conditions of the space carrier and by optimizing the variables of the angle of attack function. In this method, using the finite horizon optimization method, the optimal trust in each stage is accomplished with assuming that the total specific impact of each stage is constant. The flexibility of this method in solving optimization problems and the possibility of considering different flight path constraints are some of the advantages of this proposed limited horizon method. The proposed algorithm is used to optimize the orbital height of a native space carrier, and the simulation results show a 24 km increase in its orbital height relative to its nominal path conditions.

    Keywords: Finite Horizon Optimization, Predictive Nonlinear Model, Orbital Height, launch vehicle
  • Majid Bakhtiari *, Kamran Daneshjou, Saman Zarei Pages 157-169
    The geometric method is one of the nonlinear methods of large-scale relative motion that is used for all the eccentricity and relative distances. In this paper, the relative motion equations for perturbed orbits are developed in the presence of third body. The purpose of this paper is to design a control law to track and control the relative attitude of one satellite in the presence of position dynamics and uncertainty of the moment of inertia. For the orientation of satellite, it is first necessary through the theory of relative motion, to obtain some relative parameters such as position and relative velocity, and so on. The geometric method is used to obtain relative parameters. After obtaining relative parameters, we must track and control the dynamic equations for the target trajectory. Due to the uncertainty in the dynamics of the system, a robust controller must be used to obtain control law. Sliding mode control theory is used to obtain control law. The uncertainty in the satellite inertia is considered due to fuel sloshing during this maneuver. Finally, an appropriate control law is designed that is resistant to uncertainties and has good accuracy.
    Keywords: Relative tracking, Attitude control, Relative motion, Third-body perturbation
  • Mohammad Ali Bagherzadeh, Hojjatullah Moradi Shahrebabaki * Pages 171-188
    Nowadays, aided Inertial Navigation System (INS) is implemented to increase accuracy of navigation. However, in some cases, it is not possible to use integrated methods, or if the link to the navigational aiding system is lost, INS should be able to operate standalone with the required accuracy, until the link is accessible again. Therefore, the accuracy of INS should be enhanced to the highest extent. Some of the most significant factors in reducing the accuracy of INS are: measurement noise, inertial sensors error, misalignment, and sensor installation error on the body of vehicle. In this article, methods of compensating these factors are presented to increase the accuracy of strapdown inertial navigation systems consisting of MEMS sensors. First, the effect of noise cancelation on accuracy of INS has been studied in practice. Then, a method is presented for calibration of MEMS accelerometers and gyroscopes. In addition, compensation of installation error and sensor misalignment with body-frame coordinate is studied. Efficiency of the compensating methods has been evaluated and reported in practical implementations.
    Keywords: Inertial navigation, MEMS inertial sensors, noise cancellation, Calibration, misalignment
  • Hakimeh Mazaheri *, Salman Goli Pages 189-210
    Much studied have addressed Path planning as one of the main topics in unmanned aerial vehicles; which has yielded different results due to the existing conditions and limitations. To this end, the present study proposed an efficient algorithm underpinned by the propeller optimization algorithm, which had a utility function and could optimize multiple responses simultaneously. BOA is different from other meta-heuristic algorithms as each propeller produces its own unique fit in the path by combining information extracted from different sensory receptors. Accordingly, BOA can solve multi-objective problems. A 3D objective function was used in this study to estimate the length of the shortest path and the intensity of collisions with obstacles, avoid collisions and enhance UAVs’ operational capacity as a function of consumed energy. Furthermore, A smart launcher factor was also included in this algorithm to prevent trapping in local optimizations and promote network coverage in the routing process at the same time. The launcher prevents collision with obstacles in UAVs by adopting geometric techniques and the contour line. The performance of the proposed algorithm was compared with that of the most practical meta-heuristic algorithms (namely ACO and PSO methods). The findings revealed that the BOA algorithm compared to the other two algorithms had the lowest cost and the second lowest cost under the best and worst conditions, respectively. The findings also confirmed the better performance of BOA than the other two algorithms regarding execution time and the optimal value of the fit function.
    Keywords: Unmanned Aerial Vehicles, Path Planning, Butterfly Optimization Algorithm, 3 Dimension.collision avoidance
  • Mostafa Nazemi Zade *, Alireza Babaei Pages 211-223
    This article deals with dynamic modeling and nonlinear optimal control of an aerial vehicle taken into account nonlinear modeling of its thruster engine. To do this, nonlinear flight dynamic equations of the aerial vehicle are derived considering nonlinear equations of the thruster engine. A relation between the thrusting force and the fuel consumption of the air-breathing engine is stated and coupled with the nonlinear dynamic equations of the vehicle. Presenting the formulation of the state-dependent nonlinear optimal control, the nonlinear dynamic relations of the aerial vehicle are considered as constraint equations of the optimal control and a cost function including state and input variables is defined. Then, the Hamiltonian function of the optimal control problem is formed and optimality equations obtained. By numerical solving of the problem, various parameters like as the path angle, uncertainties, attack angle and weighting coefficients of the optimal control are considered and several simulations are presented. The results show that increasing the attack angle leads to increasing of the control time and effort of the system. Also, changing the weighting coefficients lead to various optimal paths as increasing the input weighting coefficient decreases the fuel consumption. It is seen by changing the uncertainty parameter of the model, transient response is changed but finally the optimal control method is able to track the desired path. Furthermore, by changing initial conditions and parameters, the nonlinear optimal control of the system is effectively performed which indicates the priority of the proposed method
    Keywords: aerial vehicle, thruster engine, Nonlinear dynamics, optimal control, state-dependent