فهرست مطالب

فناوری در مهندسی هوافضا - سال هشتم شماره 4 (پیاپی 31، زمستان 1403)

نشریه فناوری در مهندسی هوافضا
سال هشتم شماره 4 (پیاپی 31، زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی حاجی زاده، میریوسف هاشمی*، علی ضیائی اصل صفحات 1-11

    با توجه به اهمیت بسیار بالای توربین گازی در تولید برق و همچنین توسعه روزافزون آن، از جمله ی مهم ترین روش ها برای افزایش کارایی پره های توربین گازی، افزودن پوشش محافظ گرمایی به سطح خارجی آنهاست. این پوشش ها اینکه باعث بهبود خنک کاری پره توربین گازی می شوند، ولی معایبی نیز دارند که از جمله معایب آنها زبر نمودن سطح پره ها است که ناخواسته منجر به جدایش های جریان سیال داغ اطراف توربین گازی می گردند، لذا سطوح زبر پوشش های محافظ گرمایی می بایست به طور بهینه و هدف دار مورد استفاده قرار گیرند. در این تحقیق، با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت به بررسی و تحلیل این نوع پوشش ها، برای یافتن مناسب ترین حالت ممکن جهت استفاده از آن پرداخته شده است. تاثیر پارامترهای زبری سطح، ضخامت و جنس پوشش های محافظ گرمایی مورد بررسی قرار گرفته و بهینه ترین حالت برای پارامترهای مذکور، به ترتیب 1/0 م م، 38/0 م م و 7/2 وات بر متردرکلوین بدست آمده است.

    کلیدواژگان: پوشش محافظ گرمایی، توربین گازی، زبری، شبیه سازی عددی
  • حمیدرضا زارعی، مصطفی لیوانی*، میثم جلالوند صفحات 13-25

    در این مقاله برای بررسی شدت آسیب وارده به خلبان بالگرد تحت ضربه ناشی از سقوط، شبیه سازی عددی مدل صندلی واقعی کابین خلبان بالگرد انجام شده است. برای محدود کردن پیچیدگی مسئله، ضربه ای کاملا عمودی به عنوان سناریوی مرجع برای مجموعه ای شامل یک صندلی بالگرد قابل سقوط، بخش جذب انرژی و یک آدمک انسان نما در نظر گرفته شد. برای این کار مدل سه بعدی صندلی موجود در آزمایشگاه در دو حالت با و بدون افزودن مکانیزم جذب انرژی مورد مطالعه قرار گرفت. از سازه لانه زنبوری در بخش میراکننده صندلی استفاده شد. نتایج پژوهش حاضر نشان داد استفاده از جاذب UPVC برای آزمایش سقوط از ارتفاع با جرم مشخص، بر اساس معیارهای بیومکانیکی آسیب های واردشده به جمجمه و ستون فقرات را حدود 80 درصد کاهش داده است. هم چنین بر اساس نتایج مستخرجه در این پژوهش، سازه لانه زنبوری آلومینیومی با اینکه معیار آسیب وارده به سر را برآورده کرده و در محدوده مجاز قرار می گیرد، ولی معیارهای آسیب وارده به ستون فقرات و محدوده شتاب مجاز را رد کرده است؛ بااین حال نسبت به حالت بدون لانه زنبوری عملکرد بسیار بهتری داشته و تا حدود زیادی توانسته انرژی ضربه حاصل از سقوط را جذب نماید.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، صندلی، ضربه، بالگرد، آسیب، لانه زنبوری
  • معصومه کیانتاژ*، مرتضی فرهید، محرم شاملی صفحات 27-37
    در این مقاله، کنترل کننده پیش بین مقاوم جهت عملیات حفظ مداری ماهواره در مدار ارتفاع پایین ، طراحی گردیده است. سیستم کنترل طراحی شده این امکان را ایجاد می کند که ماهواره به صورت خودکار و بدون دخالت ایستگاه زمینی پارامترهای مداری را در محدوده مجاز نگاه دارد. برای این منظور، رانشگرهای اثر هال که در زمره رانشگرهای الکتریکی دارای اندازه کوچک محسوب می گردند، بکار گرفته می شوند و خروجی کنترل کننده با فرمان دهی پیوسته به این عملگرها به جای الگوریتم های تولید پیشرانه ضربه ای سنتی پیاده سازی شده است. بر این اساس امکان اصلاح همزمان کلیه پارامترهای مداری فراهم گردیده است. در راهکار ارائه شده، بهره کنترل کننده به شکل روی خط و از حل یک مسئله بهینه سازی که تابع هزینه آن حداقل سازی خطای حفظ مداری و همچنین مصرف سوخت در نظر گرفته شده، محاسبه می شود. همچنین قیودی جهت تضمین پایداری سیستم حلقه بسته و مقاوم بودن در برابر اغتشاشات مداری ناشناخته به مساله بهینه سازی که به فرم نابرابری های ماتریسی خطی توسعه داده شده است، اضافه گردیده است. در انتها، شبیه سازی های عددی اثرگذاری کنترل پیشنهادی و کارآیی بالای سیستم حلقه بسته با وجود نامعینی ها و اغتشاشات را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: حفظ مداری، کنترل، پیش بین، مقاوم، رانشگر اثر هال، اغتشاش، نامعینی
  • جمشید فضیلتی* صفحات 39-47
    پروانه های (ملخ) حلقوی با مبدا استفاده دریایی یکی از ایده هایی است که به تازگی توسط محققان مرکز لینکلن MIT برای کاربردهای هوایی معرفی شده است. ادعا شده است که این طراحی با حذف نقاط فرار سیال در انتهای تیغه ها، به طور قابل توجهی سطح نویز را در مقایسه با ملخ های متداول کاهش می دهد. با توجه به اهمیت کاهش آثار زیست محیطی وسایل پرنده، این نوع طراحی می تواند به ویژه در محیط های شهری مفید باشد و پذیرش پهپادها را برای کاربرد تسهیل کند. در این مطالعه، با هدف شناسایی این نوع طراحی، فرایند نمونه سازی و آزمون نوعی از این پروانه انجام گرفته است. پارامتر عملکردی اصلی مورد توجه در این مطالعه نیروی پیش ران (تراست) است. جهت ایجاد بستری برای مقایسه، نمونه هایی از پروانه های متداول تیغه ای نیز تولید و آزموده شده است. به عنوان یک روش سریع و در دسترس برای نمونه سازی، ساخت نمونه های پروانه به روش تولید افزایشی و با استفاده از چاپگر سه بعدی انجام شده است. در اجرای آزمون، اندازه گیری هم زمان دور چرخش موتور و تراست پروانه انجام شده است. در نهایت نمودارهای عملکردی برای تمام پروانه ها استخراج و مقایسه شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که پروانه حلقوی سه حلقه با وزن کمی بیشتر، تراست بیشتر از پروانه متداول سه تیغه ارائه می کند.
    کلیدواژگان: پروانه ی حلقوی، پروانه متداول، پهپاد، چاپ سه بعدی، اندازه گیری تراست، اندازه گیری دور موتور، عملکرد پروانه
  • علی علیزاده*، محسن حیدری بنی، محمدرضا زحمتکش، مهدی عبدالهی آذغان صفحات 49-58
    در پژوهش حاضر به ساخت و بررسی خواص مکانیکی فوم کامپوزیتی زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات کاربید سیلیسیم پرداخته شده است. فوم های فلزی به واسطه ساختار سلولی خود دارای ویژگی هایی از قبیل چگالی پایین، استحکام به وزن و جذب انرژی بالا در تنش های فشاری می باشند. در میان فلزات مختلف که به منظور فوم سازی مورد استفاده قرار می گیرند، آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل داشتن چگالی نسبتا پایین، در دسترس بودن و سهولت تشکیل فوم، بیشترین کاربرد را دارند. در این تحقیق فوم های آلومینیومی A356 و کامپوزیتی با مقادیر مختلف از ذرات کاربید سیلیسیم (SiC) به عنوان عامل تقویت کننده و پایدارساز و پودر کربنات کلسیم (CaCO3) به عنوان عامل فوم ساز با استفاده از روش فوم سازی مستقیم از مذاب تولید شد. چگالی نمونه فومی بین 493/0 تا 863/0 گرم بر سانتی متر مکعب اندازه گیری شد. پس از آن ریزساختار فوم ها توسط میکروسکوپ های OM و SEM و خواص فشاری و خمشی فوم ها به دو صورت معمولی و ساندویچ پنل مورد بررسی قرار گرفت. ارتباط بین تنش مسطح و چگالی با درصد وزنی CaCO3 و ذرات SiC بررسی شد که نشان می دهد رفتار فشاری محصولات فومی، یکنواخت نیست. از سوی دیگر نشان داده شد که در 10% وزنی از عامل تقویت کننده SiC، تنش مسطح (پایا)
    کلیدواژگان: فوم کامپوزیتی، آلیاژ A356، خواص خمشی، خواص فشاری
  • پوریا شکرالهی*، مسعود ابراهیمی صفحات 59-84

    بسترهای آزمایش فضایی نقطه عطفی در ماموریت های فضایی هستند. توسعه بسترهای آزمایشگاهی که قادر به آزمایش ماموریت های فضایی هستند باعث افزایش قابلیت اطمینان و بهبود عملکرد سامانه های فضایی در ماموریت های خود می شود. در این مقاله به یک مطالعه مروری بر روی بسترهای آزمایش فضایی با تمرکز بر روی بسترهای آزمایشگاهی ملاقات و اتصال پرداخته شده است. در این مطالعه، بسترهای آزمایش به دو دسته دوبعدی و سه بعدی تقسیم بندی شده اند. بسترهای مبتنی بر میز فاقد اصطکاک، پلتفرم های شبیه ساز رباتیک و ترکیب میز و یک ساختار ریلی در دسته دوبعدی قرار گرفته اند. دسته سه بعدی نیز شامل بسترهای مبتنی بر بازوی رباتیک، استخرهای آب، محیط فاقد جاذبه یا جاذبه نزدیک به صفر، ریل در یک محیط سه بعدی و پرنده های بدون سرنشین است. با توجه به اهمیت توسعه و اجرای بسترهای آزمایشگاهی برای ماموریت های فضایی و ملاقات و اتصال، در پایان، بسترهای آزمایش تقسیم بندی، معرفی و مثال هایی از آزمایشگاه های موجود و نمونه هایی از موسسه ها و مراکز فعال در این حوزه معرفی شده اند.

    کلیدواژگان: بسترهای آزمایشگاهی، ملاقات و اتصال، میزهای فاقد اصطکاک، بازوهای رباتیک، پلتفرم های شبیه ساز
|
  • Ali Hajizadeh, Miryoseph Hashemi *, Ali Ziaie Asl Pages 1-11

    Due to the very high importance of gas turbine in electricity production and also its increasing development in the electricity industry, one of the most important methods to increase the efficiency of gas turbine blades is to add thermal barrier coating to their outer surface. These coatings improve the cooling of gas turbine blades, but they also have disadvantages such as roughness of their surface cause to the separation of the hot fluid flow around the turbine blades. The rough surfaces of thermal barrier coatings should be used optimally and purposefully. In this research, using commercial software of Fluent, this type of coating has been investigated and analyzed in order to find the most optimal possible mode for its use. The influence of surface parameters such as roughness, thickness and material of thermal barrier coatings have been investigated. The most optimal state for the mentioned parameters are: 0.1 mm, 0.38 mm and 2.7 W/m.K respectively.

    Keywords: Thermal Barrier Coating, Gas Turbine, Roughness, Numerical Simulations
  • Hamidreza Zarei, Mostafa Livani *, Meysam Jalalvand Pages 13-25

    In this article, to investigate the severity of damage to the helicopter pilot under the crash impact, the numerical simulation of the actual helicopter cockpit seat has been done. To limit the complexity of the problem, a fully vertical impact was considered as a reference scenario for the assembly consisting of a collapsible helicopter seat, an energy absorption section, and a humanoid dummy. For this purpose, the three-dimensional model of the chair in the laboratory was studied in two states with and without the addition of the energy absorption mechanism. A honeycomb structure was used in the seat cushion section. The results of the research showed that the use of UPVC damper to test the crash impact with a certain mass based on biomechanical criteria, an average 80 % decrease in serious injuries to the skull and spine has been achieved. Also, based on the results obtained in this research, although the aluminum honeycomb structure meets the criterion of damage to the head and is within the permissible range, it has rejected the criteria of damage to the spine and permissible acceleration range. However, compared to the case without honeycomb, it has performed much better and has been able to absorb the energy of the crash impact.

    Keywords: Numerical Simulation, Seat, Impact, Helicopter, Damage, Honeycomb
  • Masumeh Kiantaj *, Morteza Farhid, Moharram Shameli Pages 27-37
    In this article, a robust model predictive controller is designed for maintaining the satellite's low earth orbit in the presence of perturbations and uncertainties. The designed control system makes it possible for the satellite to automatically keep the orbital parameters within the allowed range without intervention of the ground station. For this purpose, Hall effect thrusters, which are among the electric thrusters with small size, have been used, and the output of the controller is implemented by continuously commanding these thrusters instead of the traditional impulsive thrust generation algorithms. Based on this, it is possible to modify all orbital parameters simultaneously. In the presented solution, the gain of the controller is calculated online by solving an optimization problem whose objective is to minimize the orbit maintenance error and also the fuel consumption. Also, the optimization problem based on linear matrix inequalities has been developed to ensure the stability of the closed loop system and to be robust against orbital perturbations and unknown parametric uncertainties. Finally, numerical simulations show the effectiveness of the proposed control scheme and the high efficiency of the closed loop system despite uncertainties and perturbations.
    Keywords: Orbit Maintenance, Predictive, Robust, Hall Effect Thruster, Disturbance, Uncertainty
  • Jamshid Fazilati * Pages 39-47
    Toroidal propellers are among the ideas recently introduced by MIT-Lincoln Center for aerial applications. It is claimed that this design significantly reduces the annoying noise level compared to the conventional bladed propellers by eliminating the fluid escape points at the blade ends. Due to the importance of reducing environmental footprint of flying robots, this design paradigm can be particularly advantageous wherever the noise pollution is a concern. This will result in the adoption of drones for various applications. In this study, with the aim of identifying this modern type of design, the process of prototyping and testing a set of the toroidal propellers has been carried out. The main functional parameter of interest in this study is thrust. For the sake of comparison, samples of common bladed propellers have also been produced and tested. As a quick and accessible method for prototyping, the propellers have been made by additive manufacturing using a 3D printer. In the assessment process, simultaneous measurement of the motor speed and thrust have been performed. Finally, performance graphs for all propellers have been extracted and compared. The results showed that the three-ring toroidal propeller with slightly more weight, provides more thrust than the conventional three-bladed propeller.
    Keywords: Toroidal Propeller, Bladed Propeller, Drone, FDM Additive Manufacturing, Thrust Measurement, Rpm Measurement, Propeller Performance
  • Ali Alizadeh *, Mohsen Heydari Beni, Mohammadreza Zahmatkesh, Mehdi Abdollahi Azghan Pages 49-58
    Due to their cellular structure, metal foams have properties such as low density, strength to weight and high energy absorption under compressive stresses. Among the various metals used for foaming, aluminum and its alloys are the most widely used due to their relatively low density, availability, and ease of foam formation. In this research, A356 aluminum and composite foams with different amounts of silicon carbide (SiC) particles as a reinforcing and stabilizing agent and calcium carbonate powder (CaCO3) as a foaming agent were produced using direct foaming method from the melt. The density of the foam sample was measured between 0.493 and 0.863 g/cubic centimeter. Then, the microstructure of the foams was examined by OM and SEM microscopes and the compressive and flexural properties of the foams in both conventional and sandwich panels. The relationship between flat stress and density with the weight percentage of CaCO3 and SiC particles was investigated, which shows that the compressive behavior of foam products is not uniform. On the other hand, it was shown that at 10% by weight of the SiC boosting agent, plateau stress increases with decreasing CaCO3 powder content from 6.89 to 11.62 MPa.
    Keywords: Composite Foam, A356 Alloy, Three Point Bending Test, Compression Test
  • Pourya Shokrolahi *, Masoud Ebrahimi Pages 59-84

    The space testbeds have been a milestone in space missions. The development of laboratory testbeds capable of testing space missions has increased space systems' reliability and performance during their missions. This article presents a review study on space testbeds, with a particular focus on rendezvous and docking laboratory testbeds. In this study, the testbeds have been categorized into two-dimensional and three-dimensional platforms. Table-based frictionless platforms, robotic simulation platforms, and the combination of a table and a rail structure are classified as two-dimensional platforms. The three-dimensional category also includes robotic arm-based platforms, water pools, free gravity or microgravity environments, rail in a three-dimensional environment, and unmanned aerial vehicles. Considering the importance of developing and implementing laboratory testbeds for space missions, rendezvous, and docking, the article has introduced the testbeds based on categorization. It also provides examples of existing laboratories, as well as samples of active institutions and centers in this field.

    Keywords: Laboratory Testbeds, Rendezvous, Docking, Frictionless Tables, Robotic Arms, Simulator Platforms