فهرست مطالب

نشریه دانش و فناوری هوافضا
سال دوازدهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مهدی جعفرپور، عبدالرضا کبیری عطاآبادی*، حمید ربیعیان نجف آبادی، امین قارایی، حسین نجات بخش صفحات 7-21
    تحلیل عددی آسیب و تعیین استحکام نهایی سازه های بزرگ و در ابعاد واقعی از تحلیل های پیچیده و زمان بر است. لذا استفاده از مدل آسیب ساده و در عین حال دقیق از اهمیت خاصی برخوردار است. در این تحقیق به آزمایش و تحلیل عددی آسیب در سازه بال کامپوزیتی یک پرنده خاص در مقیاس واقعی در بارگذاری خمشی پرداخته شد. جهت بررسی کامل تر نتایج تست، استخراج داده های بیشتر در مورد نحوه ایجاد آسیب و همچنین برآورد استحکام سازه، سازه بال با جزییات سازه ای شامل اسپارها و ریب ها و همچنین تاثیر پچ های اتصال در نرم‎افزار اجزا محدود آباکوس مدل‎سازی شد و مورد تحلیل آسیب با استفاده از زیربرنامه USDFLD قرار گرفت. این زیربرنامه پس از شروع آسیب، خواص مکانیکی را به صورت ناگهانی جهت شبیه‎سازی فرآیند رشد آسیب کاهش می‎دهد. بررسی نتایج تحلیل عددی و تجربی نشان داد که مدل آسیب استفاده شده با دقت مناسب می تواند رفتار مکانیکی سازه بال را شبیه سازی کند. از بررسی نتایج مشخص گردید که مدل عددی و سازه کامپوزیتی بال سفتی یکسانی دارند؛ ولی استحکام بال تحلیل شده کمتر از استحکام نهایی مشاهده شده در تست خمش می‎باشد. مقایسه نتایج کرنش سنج ها با نتایج حاصل از تحلیل آسیب نیز نشان می دهد مدل سازی سازه با جزییات لایه چینی درست انجام شده و مدل آسیب نیز با دقت مناسب در نرم افزار اجرایی شده و رفتار سازه را پیش بینی می کند. لذا به نظر می رسد این مدل آسیب برای تحلیل آسیب سازه های کامپوزیتی واقعی و بزرگ با سرعت و دقت مناسب قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: بال کامپوزیتی، آزمایش خمش، کرنش سنج، تحلیل آسیب، اجزا محدود
  • محمدصادق فایض، علی ترکاشوند، کامران دانشجو* صفحات 23-37

    در این مقاله تلاش شده است با استفاده از روشی تحلیلی، افت انتقال صوت در پوسته های استوانه ای FML بررسی گردد. برای این منظور پوسته استوانه ای بلند از جنس FML، در معرض یک موج صوتی صفحه ای مایل قرار گرفته که در نتیجه آن انعکاس و انتقال موج ایجاد گشته است. همچنین پوسته در معرض یک جریان یکنواخت متحرک در سیال خارجی و داخلی قرار گرفته است. با توجه به نقش موثر روابط برشی در بررسی افت انتقال صوت بخصوص در فرکانس های بالا، برای یافتن معادلات ارتعاشی پوسته از تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول (FSDT) استفاده می شود. معادلات حرکت پوسته از طریق اصل دالامبر به دست آمده و با اعمال فشارهای آکوستیکی و شرایط مرزی و استفاده از توابع سری های بینهایت که با استفاده از الگوریتمی خاص همگرا می شوند، معادلات ارتعاشی پوسته و روابط آکوستیک به طور هم زمان حل می گردند. مقادیر افت انتقال صوت حاصل از حل عددی با نتایج سایر محققین مقایسه می گردد. در این مقاله نشان داده می شود که استفاده از استوانه ی FML به جای استوانه ی کامپوزیتی، فرکانس انطباقی را 18 درصد افزایش می دهد. همچنین در ناحیه جرم کنترل افت انتقال صوت نیز می تواند تا 9 درصد افزایش یابد. مشاهده می گردد که با کسر حجمی ثابت فلز، قرار دادن لایه های آلومینیومی در فواصل دورتر از تار خنثی فرکانس رینگ و انطباقی به ترتیب، 4/11 و 7/18 درصد تغییر می کنند. همچنین نتایج نشان می دهند که با افزایش 20 درصدی کسر حجمی فلز، در یک فرکانس مشخص می توان تا 28 درصد افت انتقال صوت را افزایش داد.

    کلیدواژگان: پوسته های استوانه ای، FML، تئوری تغییر شکل های برشی مرتبه اول، انتقال صوت
  • معصومه آقایی ملک آبادی، روح الله خوشخو*، حامد سلطانی احمدی صفحات 39-59
    اختلاف ولتاژ قوی بین دو الکترود با ضخامت های ناهمسان موجب پدیده تخلیه کرونا می گردد. امروزه تخلیه کرونا، کاربردهای مختلفی از جمله استفاده در رانشگرها دارد. در یک دهه اخیر، استفاده از عملگرهای پلاسمای کرونا جهت کنترل جریان سیال و تولید نیروی پیشران مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. در تحقیق حاضر،. جهت انجام شبیه سازی از نرم افزار کامسول استفاده شده است. ابتدا، نتایج حاصل از شبیه سازی، در پیکربندی سیم-استوانه مورد اعتبارسنجی قرار گرفته و سپس رژیم تخلیه کرونا در پیکربندی سیم- ایرفویل، شبیه سازی شده است. در این تحقیق، تاثیر فاصله بین دو الکترود بر مشخصات جریان هوای عبوری ناشی از تخلیه کرونا مانند جریان الکتریکی، نیروی پیشران، سرعت جریان سیال و توان الکتریکی مصرفی مورد مطالعه ی عددی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که با افزایش فاصله بین دو الکترود، جریان الکتریکی و سرعت باد الکتریکی کاهش می یابد، اما میزان راندمان و میزان توان مصرفی، افزایش می یابد، در نهایت، میزان تغییرات نیروی پیشران به ازای افزایش هرکیلوولت ولتاژ اعمالی 15 درصد افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، شرایط اتمسفریک، عملگر پلاسمای کرونا، پیکربندی سیم-ایرفویل، نیروی پیشران
  • افشین مدنی، محمدحسن جوارشکیان* صفحات 61-77

    در این پژوهش با استفاده از روش مطالعه پارامتری به طراحی فنس های بال پرداخته شده است. در این جا با انحراف گردابه های راس بال به کاهش ضریب غلتشی اضافه تولید شده توسط سامانه اسپلیت درگ رادر پرداخته شده است. این سامانه کنترلی برای تولید گشتاور گردشی در پهپادهای بال پرنده استفاده می شود. اندازه فنس ها بر اساس ابعاد گردابه در زوایای حمله مختلف انتخاب شده است. در این تحقیق معادلات بقا توسط روش حجم محدود گسسته شده است سپس معادلات جبری گسسته شده توسط الگوریتم سیمپل سی حل شده است. در این شبیه سازی از مدل دو معادله ای کا اومگا- اس اس تی (k-w-sst) برای مدل سازی جریان آشفته استفاده شده است. پهپاد استفاده شده در این آزمایش، هواپیمای بالپرنده لامبدا شکل سوینگ می باشد. فنس های تولید شده در سه ارتفاع مختلف و سه موقعیت مختلف در طول بال نصب گردیده اند که در زوایای حمله بالا مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند که استفاده از فنس ها در همه زوایای حمله از منظر آیرودینامیکی مناسب نخواهد بود؛ اما در نهایت بهینه ترین محل قرارگیری فنس برای کاهش ضریب گشتاور غلتشی مزاحم معرفی خواهد شد.

    کلیدواژگان: فنس بال، بالپرنده، اسپلیت درگ رادر، گردابه راس بال، پهپاد بال لامبدا شکل
  • سهیلا عبدالهی پور* صفحات 79-97
    در این مقاله کنترل جدایش جریان به وسیله عملگر جت مولد گردابه پالسی روی یک ایرفویل با مقطع NASA SC(2)-0714 در جریان با رینولدز 106×1، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان جت پالسی با فرکانس 40 هرتز و سیکل کاری 50 درصد از یک شکاف خارج می شود. شبیه سازی در زوایای حمله 14، 16 و 18 درجه در حوالی زاویه واماندگی انجام شده است. برای درک بهتر از چگونگی عملکرد جت مولد گردابه پالسی، اثرات ناشی از جت هوای ناپایا روی مشخصات لحظه ای و متوسط گیری زمانی جریان استخراج شده و تغییرات فیزیکی و الگوی گردابه ای جریان روی سطح ایرفویل مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد تحریک جریان توسط عملگر جت پالسی در زاویه حمله 14 و 16 درجه، جدایش جریان را با موفقیت به تاخیر انداخته است. در نتیجه راندمان آیرودینامیکی مقطع بال به ترتیب 8/14 و 2/33 درصد افزایش می یابد. همچنین در زاویه حمله 18 درجه که در منطقه پسا واماندگی قرار دارد، تحریک کنترلی، جدایش جریان بزرگ روی ایرفویل را حذف کرده و جریان در قسمت قابل توجهی از وتر ایرفویل، به سطح ایرفویل متصل می شود.
    کلیدواژگان: کنترل جریان، جریان آشفته ناپایا، جت مولد گردابه پالسی، شبیه سازی عددی، راندمان آیرودینامیکی، مشخصات لحظه ای
  • عطیه فرخ، میراعلم مهدی* صفحات 99-112
    در این مطالعه با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی تاثیر کسر حجمی، قطر ذرات در بازه عدد رینولدز 10 الی 100 هزار به روش حجم محدود و رویکرد اویلری-لاگرانژی برای دو حالت هندسه دو بعدی و سه بعدی در یک لوله بررسی شده است. همچنین تاثیر نیروی ترموفورس و براونی بر عدد ناسلت بررسی شده است. نتایج بدست آمده برای سه حالت با نیروی ترموفورس، با نیروی براونی و در غیاب این دو نیرو تا رینولدز 60 هزار با تقریب خوبی بر نتایج آزمایشگاهی منطبق بود. تاثیر نیروها و تفاوت اعداد ناسلت مربوطه از رینولدز بالای 60 هزار قابل مشاهده است. برای بررسی اضافه کردن نانوذره به عملکرد سیال پایه، ضریب عملکرد حرارتی تعریف شده است. نتایج نشان می دهد با افزودن نانو ذرات ضریب عملکرد حرارتی افزایش یافته به طوری که به عنوان مثال در رینولدز 60 هزار ضریب عملکرد برای کسر حجمی2،4 و 6درصد به ترتیب برابر 1/08، 1/22 و 1/6 است و با افزایش قطر نانوذرات 40،30،20،10 نانومتر به ترتیب به صورت 1/21 ، 1/13، 1/11، 1/09 کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، نانوسیال، اویلری-لاگرانژی، آشفتگی
  • محمدرضا کشاورزی، بهمن مددی، علی رحمان پور، علی کوهستانی* صفحات 113-130

    ارتباطات بی سیم پهبادهاi به دلایلی از قبیل امکان تحرک بالا، هزینه کم، استقرار بر اساس نیاز و نیز بهره وری از کانال های دید مستقیمii هوا به زمین، علاقه مندی بسیاری را در کاربردهای نظامی و تجاری به خود جلب کرده است. با این حال، این مزایا سیستم های ارتباطی بی سیم پهپاد را در برابر حملات غیرفعال و حملات فعال آسیب پذیر می کند. در سال های اخیر، با افزایش قدرت محاسباتی رایانه ها و در نتیجه افزایش تهدیدهای امنیتی، یک راهکار امنیتی نوین و کارآمد به نام امنیت لایه فیزیکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این حوزه، یکی از مهمترین این روش ها، تولید کلید از ویژگی های کانال بی سیم است. در این مقاله، با تمرکز بر روی روش های مبتنی بر فاز کانال، دو روش عملی تولید کلید از فاز کانال یعنی: 1) روش اول، استفاده از اختلاف فاز یک سیگنال سینوسی با دو فرکانس و 2) روش دوم، به کارگیری فاز اولیه تصادفی برای سیگنال سینوسی با یک فرکانس، معرفی می شوند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد تولید کلید مبتنی بر روش دوم از منظر حملات فعال (حمله مرد در میانii و حمله پارازیت iv)، عملکرد بهتری نسبت به روش اول دارد. همچنین روش دوم، با تولید کلید با آنتروپی بالا بر چالش ایستایی لینک های پهباد غلبه می کند. همچنین این روش را از منظر نواحی افشای کلیدv مورد مطالعه قرار می دهیم. خواهیم دید که با اجرای ایده کاوش کانالvi بر روی چند فرکانس، درصد نواحی افشای کلید کاهش می یابد. نتایج به دست آمده در این مقاله، بینش های مهندسی مفیدی جهت طراحی و بهینه سازی یک لینک امن برای ارتباطات پهباد ارایه می دهند.

    کلیدواژگان: امنیت پهباد، امنیت لایه فیزیکی، تولید کلید مخفی، فاز کانال
  • محمدرضا رجبی، جلال کریمی*، سید حسین ساداتی صفحات 131-147

    در تحقیق حاضر هدایت و کنترل یکپارچه پرتابه دوران دوگان با کمک ساختار آبشاری بررسی شده است. برای این منظور از مدل غیرخطی پرتابه در دینامیک هفت درجه آزادی استفاده شده است و اثرات کوپلینگ بین کانال های سمت و فراز لحاظ شده است. برای این منظور، مبتنی بر ساختار کنترل آبشاری، یک کنترلر سه حلقه ای طراحی شده است که در حلقه داخلی و میانی آن از روش وارون دینامیک و در حلقه خارجی آن، ضمن لحاظ نمودن تاثیر فشار دینامیکی در طراحی کنترلر، از کنترل تطبیقی مدل مرجع استفاده شده است. در حلقه هدایت از روش ناوبری تناسبی بهره گرفته شده و عملکرد سیستم هدایت و کنترل یکپارچه، در شرایط با وجود عدم قطعیت و بدون عدم قطعیت در ضرایب آیرودینامیکی از طریق شبیه سازی آماری مونت کارلو اعتبارسنجی شده است. عملکرد الگوریتم پیشنهادی، با ساختار کنترلی آبشاری که در حلقه خارجی کنترلر کلاسیک PID دارد، انجام شده و نتایج آن ارایه گردیده است.

    کلیدواژگان: : پرتابه با دوران دوگان، هدایت و کنترل یکپارچه، ساختار کنترل آبشاری، وارون دینامیک، کنترل تطبیقی مدل مرجع، شبیه سازی آماری
  • مهدی نیکوسخن لامع* صفحات 149-162
    وجود تابع غیرخطی اشباع عملگر در یک خودخلبان سه حلقه ای وسیله پرنده منجر به افت عملکرد ناشی از پدیده انباشتگی می شود. در این مقاله، یک جبران ساز دینامیکی و یک جبران ساز استاتیکی برای رفع انباشتگی (AW) پیشنهاد می شود. جبران ساز دینامیکی موجود در بعضی از مراجع برای سیستم های با پس خور از خروجی سیستم به گونه ای طراحی شده است که حالت های کنترل کننده سیستم اشباع شده نزدیک به حالت های کنترل کننده سیستم اشباع نشده شود. در این مقاله، این جبران ساز برای کنترل کننده هایی مشابه خودخلبان سه حلقه ای وسایل پرنده که در آن فرمان کنترلی، علاوه بر پس خور از خروجی، پس خور از حالت های سیستم نیز است، توسعه و استفاده شده است. به منظور مقایسه با جبران ساز دینامیکی، یک جبران ساز استاتیکی نیز با یک رویکرد جدید به این گونه طراحی شده که خروجی کنترل کننده، خروجی تابع اشباع را تعقیب کند. با این معیار انتظار می رود که انباشتگی ایجاد نشود. بر مبنای این خواسته، بهره مناسب جبران ساز استاتیکی بر اساس تحلیل حساسیت عددی به دست آمده است. این دو جبران ساز بر روی یک خودخلبان سه حلقه ای وسیله پرنده آیرودینامیکی دم-کنترل اعمال شده و در دو شرایط پایدار و ناپایدار عملکرد این جبران سازها به لحاظ کنترلی با هم مقایسه شده اند. نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر جبران ساز استاتیکی در مقابل جبران ساز دینامیکی در تعقیب فرمان مطلوب در هر دو شرایط کاری است. همچنین با شبیه سازی سیستم هدایت وسیله پرنده، نشان داده می شود که استفاده از کنترل کننده با جبران ساز رفع انباشتگی منجر به کاهش خطای برخورد می شود. به خصوص استفاده از جبران ساز استاتیکی منجر به کاهش خطای برخورد در حدود 50% در شرایط ناپایدار نسبت به استفاده از جبران ساز دینامیکی می شود.
    کلیدواژگان: اشباع ورودی، حذف انباشتگی، جبران ساز دینامیکی و استاتیکی، خودخلبان
  • سید علی ظهیری پور* صفحات 163-177
    در این مقاله روشی تحلیلی برای تشخیص زمان نیاز به پسخور فشار در کنترل موقعیت پیستون عملگرهای هیدرولیکی و همچنین دستورالعملی برای طراحی سیستم کنترل این نوع عملگرها ارایه می شود. در این روش با در اختیار داشتن یک تابع تبدیل مناسب برای عملگر، اثر تغییر پارامترهای پسخور موقعیت و فشار بر محل قطب های سیستم حلقه بسته و در نتیجه پهنای باند و میرایی نسبی آن مورد بررسی قرار می گیرد. برمبنای بررسی انجام شده، در وهله اول مواقع لزوم استفاده از پسخور فشار یا عدم نیاز به آن مشخص می شود و در وهله دوم دستورالعملی برای طراحی پسخور فشار در مواقع لزوم استفاده از آن، ارایه می شود. با ارایه این روش تحلیلی، اولا در هزینه تهیه سنسورهای فشار، جانمایی و نصب آن ها صرفه-جویی می شود و ثانیا دستورالعمل مشخصی برای طراحی پسخور فشار در مواقع ضرورت استفاده از آن استخراج می شود. در انتها، با شبیه سازی سه عملگر نمونه در شرایط متفاوت، صحت روش تشخیص و طراحی ارایه شده در کنترل این نوع عملگرها مورد ارزیابی قرار می-گیرد.
    کلیدواژگان: پسخور فشار، عملگر هیدرولیکی، میرایی نسبی، پهنای باند، مکان هندسی ریشه ها
  • مهدی جعفری*، میثم دلالت، میلاد صادقی تکاسی صفحات 179-188
    به طور معمول بخش هدایت و بخش کنترل به صورت مدول هایی جدا از یکدیگر طراحی می شوند که البته در بسیاری از کاربردهای متداول و عادی جوابگو هستند، لیکن به منظور دستیابی به خطای کمتر در تزریق ماهواره به مدار و تحقق دقیق تر نقاط حضیض و اوج و افزایش دقت در انجام ماموریت به توسعه الگوریتم های یکپارچه یا در اصطلاح IGC   نیازمندیم. با استفاده از چنین الگوریتم هایی می توان هدایت حلقه بسته را برای مرحله آخر ماهواره بر در خلاء طراحی کرد. مثال هایی از این مورد عبارتند از مد هدایت تکراری (IGM) و هدایت صریح توانی (PEG). در این مقاله، هدایت فاز نهایی همراه با هدایت طبقات اول و دوم یک ماهوا ره بر هواپرتاب سوخت جامد نوعی، مدلسازی و شبیه سازی شده است. نتایج این مقاله نشان می دهد، هدایت IGM به خوبی می تواند با هدایت Pitch Program مراحل قبل سازگار بوده و به خوبی کار تزریق در مدار را به سرانجام برساند.
    کلیدواژگان: ماهواره بر هواپرتاب، هدایت ترمینال، پیاده سازی الگوریتم IGM، کنترل بهینه
  • محمد فتحی، حسین بلندی* صفحات 189-230

    با توسعه روزافزون کاربردهای فناوری فضایی و به تبع آن افزایش الزامات و نیازمندی های مطرح در ماموریت های فضایی، بسیاری از ماهواره ها از ساختار صلب به انعطاف پذیر تغییر ماهیت داده اند. کنترل وضعیت ماهواره های انعطاف پذیر نسبت به ماهواره های صلب با چالش های بیشتری مواجه بوده و کنترل وضعیت آن ها پیچیده تر می باشد. در این مقاله ی مروری به بررسی چالش ها و معماری های ماهواره ی انعطاف پذیر پرداخته شده و رفتار دینامیکی آن ها مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین، مروری جامع بر رویکردهای کنترل وضعیت مختلفی که در سالیان اخیر به منظور کنترل وضعیت ماهواره های انعطاف پذیر توسط محققان پیشنهاد گردیده اند انجام گردیده است و مزایا و معایب هریک از آن ها نسبت به سایر رویکردها مورد ارزیابی قرار گرفته است. در نهایت، بر اساس مرور پژوهش های انجام شده در این حوزه توصیه هایی جهت طراحی کنترل کننده های وضعیت مناسب برای ماهواره های انعطاف پذیر بیان گردیده است.

    کلیدواژگان: ماهواره انعطاف پذیر، مودهای انعطاف پذیری، تحلیل دینامیک، کنترل وضعیت
  • حسن ناصح*، فردین جمالی املشی، علی محمودی، ندا محمدی بادیزی، محمدرضا بختیاری صفحات 231-244

    هدف از این مقاله، بهینه سازی زیرسامانه تامین توان ماهواره بر مبنای جرم و توان تولیدی می باشد. برای این منظور، تحلیل مدار ماهواره، برای تعیین زمان قرارگیری در سایه در نرم افزار 1STK صورت پذیرفته است و طراحی زیرسامانه تامین توان2 ماهواره براساس روابط تحلیلی موجود انجام و پارامترهای اصلی طراحی برای دستیابی به کمینه وزن این زیرسامانه بهینه سازی شده است. بدین منظور، ابتدا براساس ماهواره هدف (موجود)، ماهواره ارستد3، مدهای عملیاتی مداری و ماموریتی این ماهواره تدوین شده است و همچنین اطلاعات آماری زیرسامانه تامین توان آن نیز مشخص و استخراج شده است، سپس، طراحی زیر سامانه تامین توان بر مبنای روابط پارامتریک و تحلیل آماری و همچنین براساس شبیه سازی و تحلیل مداری ماهواره صورت پذیرفته است. در پایان به منظور مدل سازی مساله طراحی، تابع هدف طراحی و بهینه سازی، وزن زیرسامانه تامین توان در نظر گرفته شده است و پارامترهای اصلی طراحی تاثیرگذار بر تابع هدف، ظرفیت، عمق دشارژ، راندمان و چگالی باتری و مساحت آرایه های خورشیدی بوده است. شایان ذکر است، جنس خود باتری نیز بر تابع هدف بسیار موثر است، ولی با توجه به نوع باتری ماهواره مدنظر (نیکل کادمیم)، جنس باتری متغیر در نظر گرفته نشده است. در نهایت این مساله، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی انجام شده است. نتایج بدست آمده، نسبت به مقادیر زیرسامانه تامین توان ماهواره موجود، دقت روش و پیاده سازی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: زیرسامانه تامین توان، ماهواره، طراحی آماری، بهینه سازی چند هدفی، باتری
  • رضا اسماعیل زاده اول*، حسین قدیری، رضا زردشتی صفحات 245-255
    مسیله تعیین وضعیت ماهواره منجر به حل مسیله وهبا می گردد. به منظور به کارگیری مسیله وهبا نیاز به حداقل دو بردار اندازه گیری مستقل از هم و دو بردار متناظر در دستگاه مرجع است. اندازه گیری های سنسور به دلیل وجود نویز و ناهمراستایی دقیق نیستند و بردارهای مرجع نیز به دلیل اینکه تقریبی از این اندازه گیری ها هستند دارای نامعینی و عدم قطعیتند. لیکن، این عدم قطعیت ها و نامعینی ها در مسیله وهبا به طور صریح در نظر گرفته نشده اند. بنابراین دقت تخمین روش های مبتنی بر مسیله وهبا وابسته به دقت بردارهای ورودی است. به منظور رفع این کاستی، فرض شده است تمامی نامعینی ها کراندار هستند. از اینرو خطاهای مدل سازی و نویز اندازه گیری ها به کمک حساب بازه ای مدل شده است. در واقع نوآوری های این تحقیق، در نظر گرفتن عدم قطعیت های موجود در بردارهای ورودی در مسیله وهبا به کمک حساب بازه ای، تبدیل حل مسیله تعیین وضعیت از یک مسیله تک هدفه به یک مسیله بهینه سازی مقاوم چندهدفه و بهینه سازی این مسیله چندهدفه با استفاده از حلگر NSGA است. کارآیی این روش با حل چند مثال مورد ارزیابی قرار گرفته است که نتایج، بیانگر خطای تخمین وضعیت کمتر در تعیین وضعیت ماهواره است.
    کلیدواژگان: تحلیل بازه ای، ماهواره، تعیین وضعیت، تخمین مقاوم، بهینه سازی چندهدفه
|
  • Mahdi Jafarpoor, Abdulreza Kabiri Ataabadi *, Hamid Rabieyan Najafabadi, Amin Gharaei, Hosein Nejat Bakhsh Pages 7-21
    Numerical analysis of damage of large structures in real dimensions is a complex and time-consuming analysis. Therefore, it is important to use a simple and accurate damage model. In this research, the test and numerical analysis of damage in the composite wing structure of an airplane in real scale in bending loading was done. For a more complete review of the test results, extracting more data about the way of causing damage and also estimating the strength of the structure, the wing structure including spars and ribs, as well as the effect of fabric patches in the finite element software ABAQUS was modeled and subjected to damage analysis using USDFLD subroutine. After the initiation of damage, this subroutine reduces the mechanical properties suddenly. Examining the results of numerical and experimental analysis showed that the used damage model can accurately simulate the mechanical behavior of the wing structure. From the results, it was found that the numerical model and the composite wing structure have the same stiffness; but the strength of the analyzed wing is lower than the final strength observed in the bending test. Comparing the results of the strain gauges with the results of the analysis also shows that the modeling of the structure with the  layup details is done correctly and the damage model is implemented with appropriate accuracy in the software. Therefore, it seems that, this damage model can be used for damage analysis of real and large composite structures with appropriate speed and accuracy
    Keywords: Composite wing, Bending test, Strain gauge, Damage Analysis, Finite element
  • MohammadSadegh Fayez, Ali Tarkashvand, Kamran Daneshjou * Pages 23-37

    In this research, using analytical method, sound transmission loss in fiber metal laminate (FML) composite cylinder is studied. For this purpose, an infinitely long cylindrical shell composed of FML is subjected to an oblique plane wave. considering the effects of shear forces in the sound transmission loss, specifically at the higher frequencies, the FSDT theory is used to solve the governing equation of the motion. The equation of motion of the shell are obtained by D'Alembert principle. The equations are solved simultaneously using acoustic pressures, boundary conditions and infinite series that converged with a special algorithm, shell equations and acoustic relations. The values of sound transmission loss from numerical solution are validated with other researchers. This study shows that using FML cylinder instead of composite cylinder, the coincidence frequency increases 18 percent. Also in mass control region transmission loss increases 9 percent. It is demonstrated that with constant volume fraction of metal, locating aluminum lamina in farther distance from neutral axis, ring and coincidence frequency changes 11.4 and 18.7 respectively. In addition, results indicate that by increasing of 20 percent of metal volume fraction (MVF), in a specified frequency, transmission loss can be increased 28 percent.

    Keywords: cylindrical shell, FML, first order shear deformation theory, sound transmission
  • Masoumeh Aghaei Malekabadi, Roohallah Khoshkhoo *, Hamed Soltani Ahmadi Pages 39-59
    The strong voltage difference between two electrodes with different thicknesses causes the corona discharge phenomenon. Today, corona discharge has various applications, including use in thrusters. In the last decade, the use of corona plasma actuators to control flow and generate thrust has received much attention. In the present study. COMSOL software has been used to perform the simulation. First, the simulation results are validated in the wire- cylinder configuration and then the corona discharge in the wire-airfoil configuration is simulated. In the present study, the effect of the distance between the two electrodes on the airflow characteristics due to corona discharge such as electric current, thrust, fluid flow velocity and electrical power consumption is studied numerically. The results show that if the distance between the two electrodes increases, the electric current and the electric wind speed decrease, but the efficiency and power consumption increase. The rate of change of thrust increases by 15% for each kilo volt increase in applied voltage.
    Keywords: numerical simulation, Atmospheric Conditions, Corona Plasma Actuator, Wire-Airfoil Configuration, thrust
  • Afshin Madani, MohammadHassan Djavareshkian * Pages 61-77

    In this research, wing fences have been designed using the parametric study method. Here, by deflecting the vortices of the wing apex, the excess rolling coefficient produced by the split drag rudder system has been reduced. This control system is used to generate yawing moment in flying wing UAVs. The size of the fences is selected based on the dimensions of the vortex at different AOA. In this research, the survival equations are discretized by the finite volume method, then the discretized algebraic equations are solved by the Simple C algorithm. In this simulation, the K-W-SST two-equation model is used to model the turbulent flow. The UAV used in this experiment is a lambda-shaped flying aircraft. The produced fence was installed at three different heights and three different positions along the wing, which were investigated at high AOA. The results show that the use of fences in all AOA will not be suitable from an aerodynamic point of view; But finally, the most optimal location of the fence will be introduced to reduce the disturbing rolling moment coefficient.

    Keywords: Wing fence, flying wing, split drag rudder, wing apex vortex, lambda wing UAV
  • Soheila Abdolahipour * Pages 79-97
    In this article, the flow separation control by the vortex generator jet actuator on an airfoil with NASA SC(2)-0714 cross-section in the flow with Reynolds 1×106 has been numerically investigated. The pulsed jet has a frequency of 40 Hz and a duty cycle of 50%. The simulation has been done at the angles of attack of 14, 16 and 18 degrees where the flow separation on the airfoil surface starts and then comes to a stall condition. In this research, in order to better understand how the pulsed vortex generator jet works, the effects of the unsteady jet on the instantaneous and time-averaged flow characteristics are extracted and the vortices pattern of the flow on the airfoil surface has been investigated. The results indicate that the actuation effectively delays the flow separation at the angles of attack of 14 and 16 degrees. As a result, the aerodynamic efficiency of the wing section increases by 14.8% and 33.2%, respectively. At the angle of attack of 18 degrees, which is in the post-stall condition, the actuation eliminates the massive flow separation and the flow attaches to the surface in a significant part of the airfoil chord.
    Keywords: flow control, Pulsed vortex generator jet, numerical simulation, Unsteady turbulent flow, aerodynamic efficiency, Instantaneous, time-averaged characteristics
  • Atie Farrokh, Miralam Mahdi * Pages 99-112
    In this study, using Fluent version 2021 software, to investigate the effect of volume fraction, particle diameter in the Reynolds number range of 10,000 to 100,000 using finite volume method and Eulerian-Lagrangian approach for two-dimensional and three-dimensional geometry. The next one is done in a 1 meter tube. Also, the application of thermophoresis and Brownian force and its effect on Nusselt number results were investigated. The data related to all three modes of thermophores and Brownian force and in the absence of these two forces up to Reynolds 60 thousand were in good approximation with the experimental results and the effect of the forces and the difference of the respective Nusselt numbers from Reynolds above 60 thousand can be seen. The results show that with the addition of nanoparticles, the thermal performance coefficient is increased, and the size of the diameter of the nanoparticles and the volume fraction have a significant effect on this performance. The results were validated with experimental values and showed good agreement.
    Keywords: Heat Transfer, nanofluid, Eulerian-Lagrangian, Turbulence
  • Mohammadreza Keshavarzi, Bahman Madadi, Ali Rahmanpour, Ali Kuhestani * Pages 113-130

    The wireless communication of unmanned aerial vehicles (UAVs) has attracted a lot of interest in military and civilian applications for reasons such as the possibility of high mobility, low cost, deployment based on needs, and the efficiency of direct air-to-ground channels. However, these advantages make UAV wireless systems vulnerable to both passive and active attacks. In recent years, with the increase in the computing power of computers and as a result of the increase in security threats, a new and efficient security solution called physical layer security has received much attention. In this field, one of the most important methods is the key generation from wireless channel characteristics. In this paper, by focusing on the key generation from the channel phase, two methods of generating the key from the channel phase are introduced: 1) the first method, using the phase difference of a sinusoidal signal with two frequencies and 2) the second method, choosing the random initial phase for a sinusoidal signal with one frequency. The simulation results show that key generation based on the second method performs better than the first method from the perspective of active attacks (man-in-the-middle attack and jammer attack). Furthermore, we study the second method from the point of view of key disclosure resion. We will see that by implementing the idea of channel probing on multiple frequencies, the percentage of key disclosure region will decrease. The results obtained provide useful engineering insights for the design and optimization of a secure link for UAV communications.

    Keywords: UAV security, physical layer security, secret key generation, channel phase
  • MohamadReza Rajabi, Jalal Karimi *, Seyed Hossein Pages 131-147

    In current study, an integrated guidance and control system is assessed for a projectile having dual spin motion in the cascade control structure. In this way, a nonlinear seven degrees of freedom model is used and coupling effects of pitch and yaw channels is taken into consideration. Based on cascaded control structure, a three-loops controller is designed, which in inner and middle loops the dynamic inversion method is used, and in the outer loop, an adaptive model based on PID controller is designed. The dynamic pressure contribution in acceleration command is also taken into account. The performance of the designed guidance and control system is assessed in presence of uncertainties via Monte Carlo statistical simulations. The results of suggested algorithm are compared with that of a cascade control having a classic PID controller in its outer loop. The results show the superior performance of the proposed algorithm in achieving the target and control effort.

    Keywords: Dual-spin projectile, integrated guidance, control, cascade control structure, dynamic inversion method, Adaptive Model Reference control
  • Mahdi Nikusokhan Lame * Pages 149-162
    The presence of the actuator saturation in a three-loop autopilot of a flying vehicle arising from the windup phenomena leads to the performance degradation. In this paper, a dynamic anti-windup and a static anti-windup compensators are proposed. The dynamic compensator, available in some references for systems with output feedback is designed to make the controller states of the saturated system arbitrarily close to the controller states of the unsaturated system. In this paper, this compensator is developed for controllers similar to three-loop autopilot of a flying vehicle, in which, the controller is a feedback of both plant output and plant states. In order to compare with the dynamic compensator, a static compensator is also designed with a new approach in such a way that the controller output tracks the output of saturation function. With this requirement, it is expected that no windup will occur. These two compensators have been applied on the autopilot of an aerodynamic tail-controlled flying vehicle in two stable and unstable conditions and their performances have been compared to each other in terms of control performance. The results show the better performance of the static compensator compared to the dynamic compensator in tracking the desired command in both operating conditions. Moreover, through simulation of flying vehicle guidance system, it is shown that using anti-windup leads to the less miss distances. Especially, using the static compensator leads to reduction of the miss distance by about 50% in unstable conditions compared to the use of the dynamic compensator.
    Keywords: Input saturation, anti windup, dynamic, static compensators, autopilot
  • Seyed Ali Zahiripour * Pages 163-177
    In this article, an analytical method for detecting the need for pressure feedback is introduced in controlling the position of the hydraulic actuator’s piston. The geometric location of the roots is used to do this. In this method, with the appropriate conversion function for the actuator, the effect of changing the position and pressure feedback parameters on the location of the close loop system poles and thus its bandwidth and relative damping is examined and based on it. First, the use of pressure feedback or no need for it is specified, and in the second, a guideline for designing pressure feedback is provided when necessary. By presenting this analytical method, it is first saved at the costs of preparing pressure sensors, locating and installing them, as well as pressure feedback parameters in unnecessary times, and secondly, a specified instruction for the design of the pressure feedback on times of use is extracted from it. Finally, by introducing and simulating three samples with dynamic characteristics and different conditions, the accuracy of the diagnosis and design method presented to control these types of operators is described.
    Keywords: pressure feedback, hydraulic actuator, relative damping, Bandwidth, geometric location of the roots
  • Mahdi Jaafari *, Meysam Delalat, Milad Sadeghi Tokasi Pages 179-188
    Generally, the guidance and the control are designed as separate modules, which are suitable for many common and normal applications, but in order to achieve less error in deploying the satellite into the orbit increase the accuracy in performing the mission, we need to develop integrated Guidance and Control algorithms (IGC). By using such algorithms, it is possible to design the closed loop guidance for the last stage of the launch vehicle in vacuum condition. Examples of this are iterative guidance mode (IGM) and power explicit guidance (PEG). In this paper, the guidance of the final phase along with the guidance of the first and second stages of a typical solid rocket launch vehicle is modeled and simulated. The results of this article show that the IGM guidance can be well compatible with the Pitch Program guidance of the previous steps and successfully complete the deployment in the orbit.
    Keywords: launch vehicle, Terminal Guidance, iterative guidance mode (IGM), optimal control
  • Mohammad Fathi, Hossein Bolandi * Pages 189-230

    With the increasing development of space technology applications and the consequent increase in the requirements of space missions, many satellites have changed their nature from rigid to flexible structures. Attitude control of flexible satellites is more challenging than rigid satellites. This survey examines the challenges and architectures of flexible satellites and analyzes their dynamic behavior. Moreover, a comprehensive review of various attitude control approaches which have been proposed by researchers in recent years for flexible satellites has been done and the advantages and disadvantages of each of them are compared and evaluated to other approaches. Finally, based on the conducted survey, some recommendations have been made for designing an appropriate attitude controller strategy for flexible satellites.

    Keywords: Flexible Satellite, Flexible Modes, Dynamic Analysis, Attitude control
  • Hassan Naseh *, Fardin Jamali Amleshi, Ali Mahmoodi, Neda Mohammadi Bdizi, MohammadReza Bakhtiari Pages 231-244

    The purpose of this article is to optimize the power supply subsystem of the satellite based on mass and power production. For this purpose, the satellite orbit is to determine the time of placement in the shadow in Satellite Tool kit (STK) software, and the design of the satellite energy supply subsystem of existing analytical equations are done, and these main design parameters have been optimized to achieve the minimum weight of system. Then, the beginning of the target satellite, the Orsted satellite, the orbital and mission operational modes of this satellite has been compiled and the statistical information of its power supply subsystem has also been determined. Then, the design of the power supply sub-system is based on the parametric analysis and processing of statistical information and also based on the simulation and orbital analysis of the satellite. Finally, in order to model the design problem, the objective functions of design and optimization, the weight of the power supply subsystem has been considered, and the main design parameters affecting the objective function are capacity, depth of discharge, efficiency and density of the battery and the area of ​​the arrays. It is worth mentioning that the type of battery itself is also very effective on the objective function, but considering the type of satellite battery considered (nickel-cadmium), the variable battery type is not considered. Finally, this problem has been optimized using genetic algorithm. The obtained results show the accuracy of the method and implementation compared to the values ​​of the existing satellite power supply subsystem.

    Keywords: Power Supply Sub-system, satellite, Statistical Design, Multi-objective optimization, Battery
  • Reza Esmaelzadeh *, Hossien Ghadiri, Reza Zardashti Pages 245-255
    Solution of the static attitude determination of the satellite leads to the Wahba problem. The Wahba problem uses a set of at least two independent sensor measurements and reference vectors. These input vectors are not accurate due to sensor noises, misalignment, and low-order approximations. But these uncertainties do not view in the classic Wahba problem directly. Hence, the estimation error of the Wahba problem depends on the accuracy of the input vectors. In this paper, modeling error, measurement noise, and biases are proposed unknown but bounded. These errors are modeled using interval analysis. The innovations of this research are considering the uncertainties in the input vectors in the Wahba problem using interval arithmetic and transforming the solution of the attitude determination problem from a single-objective problem to a multi-objective robust optimization problem. Then the multi-objective problem is optimized using an NSGA solver. The results indicate a lower attitude estimation error of the proposed method in attitude determination of the satellite.
    Keywords: Interval Analysis, Attitude Determination, satellite, Robust estimation, Multi-objective optimization