فهرست مطالب
فصلنامه مکانیک هوافضا
سال ششم شماره 3 (پیاپی 21، پاییز 1389)
- دینامیک، ارتعاشات و کنترل
- تاریخ انتشار: 1389/10/11
- تعداد عناوین: 7
-
-
صفحه 1در این مقاله تلاش شده که خلبان خودکار ارتفاع یک هواپیمای بدون سرنشین طراحی شود. به دلیل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین در ارتفاع پایین و در نزدیکی سطح زمین، خلبان خودکار ارتفاع نقش مهمی در اجرای موفقیت آمیز مانورها دارد. این مساله دارای پیچدگی ها و در عین حال جذابیت های فراوانی است، زیرا رابطه ی بین ارتفاع و زاویه ی الویتور(به عنوان ورودی) غیرکمینه فاز و غیرخطی است و دارای مقدار نامعینی می باشد. در این مقاله، برخلاف روش های متداول (که به واسطه ی سه حلقه ی کنترلی، سه متغیر نرخ زاویه ی پیچ، زاویه ی پیچ و ارتفاع اندازه گیری می گردد، به طوری که منجر به ساختار نسبتا مقاومی می شود)، با اندازه گیری فقط ارتفاع از یک ساختار تک حلقه ای استفاده می شود. ساختار پیشنهاد شده ساده و درنتیجه کم هزینه تر است، اما به طور ذاتی دارای مقاومت پایینی است. تلاش شده تا با استفاده از دانش شخص خبره و کنترل منطق فازی، علاوه بر دست یابی به پاسخ زمانی مناسب برای محدوه ی وسیعی از فرمان ارتفاع، محدودیت مقاومت در مقابل نامعینی های پارامتری و مقاومت در مقابل دینامیک های مدل نشده (که به دلیل پیچید گی ها و هزینه های موجود در صنعت هوافضا، همیشه به همراه مدل سازی ها هستند) به مقدار زیادی رفع گردد. شبیه سازی شش درجه آزادی غیرخطی این نتایج را نمایش می دهد.
کلیدواژگان: خلبان خودکار ارتفاع، هواپیمای بدون سرنشین، کنترل فازی، غیرکمینه فاز، مدل غیرخطی شش درجه آزادی -
صفحه 11انجام آزمون های مدل اجسام پرنده در تونل باد با شرایط جریانی مناسب تاثیر به سزایی در میزان کیفیت طراحی و بهینه سازی آن ها داشته و در نتیجه نقش عمده ای در ایجاد اعتماد بین صنایع و کارفرماها دارد. در فرآیند کالیبراسیون تونل باد، پارامترهای جریان عبوری از محفظه آزمون تونل باد، اعم از توزیع سرعت و فشار، میزان یکنواختی، اغتشاش و زاویه جریان و نیز دقت اطلاعات و... به دست آورده می شود. این فرآیند به دلیل داشتن طیف وسیعی از اعداد ماخ و ابعاد نسبتا بزرگ محفظه آزمون تونل باد بسیار زمان بر و پرهزینه است. در این تحقیق، جهت غلبه بر این مشکلات و صرفه جویی در زمان و هزینه، آزمون هایی در مقاطعی از محفظه آزمون در چند عدد ماخ انجام شده و داده های مورد نظر اندازه گیری و اخذ شده است. سپس، برای بدست آوردن داده ها در سایر مقاطع و اعداد ماخ فیمابین از روش محاسبات نرم استفاده شده است. در واقع، با پایش بلادرنگ و داده کاوی مبتنی بر شبکه عصبی (GRNN)روی نتایج کالیبراسیون تونل باد و آموزش این شبکه، نتایج مورد نظر در آن نقاط به دست آمده است. در این مقاله، نشان داده شده که شبکه عصبی رگرسیون عمومی بر روش های متداول تخمین توابع، نظیر حداقل مربعات، برتری کامل دارد. با به-کارگیری این تکنیک هوشمند، تعداد دفعات آزمون تا 50 درصد تقلیل یافته و درنهایت هزینه و زمان انجام آزمون ها برای کالیبراسیون تونل باد به همین نسبت کاهش می یابد.
کلیدواژگان: پایش، بلادرنگ، تونل باد، کالیبراسیون، شبکه عصبی، محاسبات نرم -
صفحه 25این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد یک پوسته استوانه ای نازک با رینگ تقویت شده ساخته شده از مواد هوشمند (FGM) که ترکیبی از فولاد ضدزنگ و نیکل می باشد، می پردازد. اثرات شرایط مرزی و رینگ تقویت شده روی فرکانس-های طبیعی پوسته استوانه ای هوشمند (FGM) مورد مطالعه قرار گرفته است. پوسته های استوانه ای دارای رینگ تقویت شده هستند و محل این رینگ ها در طول پوسته اختیاری می باشد. مطالعه بر اساس تئوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی پوسته و تحلیل بر اساس اصل هامیلتون انجام شده است. معادلات حاکم بر حرکت پوسته، نتایج مربوط به خصوصیات فرکانس ها، اثر موقعیت رینگ تقویت شده و اثر شرایط مرزی ارائه شده است. با مقایسه نتایج این تحقیق و داده های موجود اعتبار تحلیل ارائه شده به اثبات رسیده است.
کلیدواژگان: ارتعاشات، پوسته استوانه ای، مواد هوشمند، رینگ تقویت کننده -
صفحه 39در این مقاله ربات مارسان بدون چرخ مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و معادلات حرکت آن از روش لاگرانژ بدست آورده شده است. در معادلات حرکت، مختصات تعمیم یافته زوایای مطلق هر عضو ربات و مختصات مرکز جرم ربات هستند. نیروهای اصطکاک موجود درسیستم به صورت کلمبی و با سطح تماس مستطیلی مورد بررسی قرارگرفته اند. برای اصطکاک کلمبی، از مدل اصطکاک بیضوی که نسبت به مدل اصطکاک لزج به واقعیت نزدیک تر می باشد، استفاده شده است. باتوجه به اینکه زوایای نسبی ربات به صورت تابعی از زمان مشخص است، معادلات حرکت ربات به گونه ای که گشتاور عملگرها به طور مستقیم وارد معادلات نشود و زوایای نسبی ورودی سیستم باشند، به دست آمده است. با استفاده از تعریف انحنای مسیر منحنی سرپنوئیدی و کنترل پارامتری از این منحنی که برروی چرخش کلی ربات تاثیر دارد، ربات به گونه ای کنترل می شود که بتواند مسیر تعیین شده را بپیماید. در این روش، ربات مسیرهای مشخص شده به صورت خط و یا منحنی را به خوبی طی می کند. با استفاده از این روش، ربات از نقطه ای خارج از مسیر مشخص شده به سمت آن مسیر هدایت شده و آن را دنبال می کند.
کلیدواژگان: ربات مارسان، منحنی سرپنوئیدی، اصطکاک کلمبی، مدل بیضوی، کنترل مسیر، هدایت، کنترل انحنای مسیر -
صفحه 55در این پژوهش، رفتار ارتعاشات آزاد تیر یک سر درگیر دارای ترک خستگی عرضی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، ارتعاشات عرضی تیر یک سر درگیر در مود اول به صورت یک سیستم یک درجه آزادی با جرم، میرایی و سفتی معادل مدل سازی شده است. در این مدل، فرض می شود که در اثر باز و بسته شدن ترک، سفتی معادل به صورت یک تابع هارمونیک زمانی میان مقادیر سفتی معادل مربوط به حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک تغییر می کند. هدف از این تحقیق تعیین رابطه تحلیلی میان اجزای سوپرهارمونیک از یک سو و پارامترهای ترک و مشخصه های سیستم از سوی دیگر است. بدین منظور، معادله دیفرانسیل حاکم بر سیستم توسط روش مقیاس های چندگانه حل شده و پاسخ سیستم و طیف فرکانسی آن به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پاسخ سیستم به روش اغتشاشات از دو قسمت تشکیل شده که جمله اول آن پاسخ سیستمی با سفتی برابر میانگین سفتی معادل در حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک بوده و بخش دیگر جمله تصحیحی است که با اضافه شدن به جمله اول اثرات تغییر در سفتی معادل ناشی از باز و بسته شدن ترک را در پاسخ سیستم منظور می کند. در حقیقت، جمله تصحیح در برگیرنده اجزای سوپر هارمونیک ظاهر شده در طیف فرکانسی سیستم است. صحت نتایج به دست آمده توسط روش های عددی و تست های تجربی به تایید رسیده است.
کلیدواژگان: تیر ترک دار، ترک باز و بسته شونده، اجزای سوپر هارمونیک، روش مقیاس های چندگانه -
صفحه 71در این مقاله، با در نظر گرفتن دینامیک غیرخطی عملگر هیدرولیکی برای سیستم تعلیق فعال خودرو ابتدا یک کنترل کننده به روش لیاپانوف طراحی می شود. در این روش، به منظور کاهش شتاب های عمودی سرنشین و افزایش راحتی سفر مربع شتاب عمودی به عنوان تابع لیاپانوف منتخب در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که هر چند این کنترل کننده در کاهش شتاب عمودی موفق عمل می کند، ولی هیچ کنترلی روی عوامل مؤثر بر فرمان پذیری و پایداری خودرو ندارد. ضمن این که کنترل کننده طراحی شده از مقاومت خوبی در برابر تغییر پارامترهای سیستم برخوردار نیست. از این رو، در ادامه روش مد لغزشی به عنوان یک روش کنترل غیرخطی مقاوم مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، سطوح لغزش طوری انتخاب می شوند که سیستم غیرخطی رفتار مدل خطی قلاب آسمانی را که یک رفتار نسبتا مطلوبی دارد، به طور کامل ردیابی نماید. بهمنظور بهبود رفتار مدل مرجع از نظر راحتی سفر، با در نظر گرفتن محدودیت های فضای کاری سیستم تعلیق و ایجاد مصالحه بین راحتی سفر و فرمان-پذیری، یک کنترل کننده ی بهینه ی LQR با ماتریس های وزنی قابل تنظیم برای مدل قلاب آسمانی نیز طراحی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که مدل غیرخطی سیستم تعلیق با کنترل کننده مدلغزشی به خوبی می تواند رفتار مدل مرجع جدید قلاب آسمانی بهبود یافته را دنبال کند. همچنین، کنترل کننده مد لغزشی در برابر تغییر پارامترها رفتار مناسبی از خود نشان می دهد.
کلیدواژگان: راحتی سفر، کنترل غیرخطی، سیستم تعلیق فعال، دینامیک عملگر، مدل قلاب آسمانی -
صفحه 83در تحقیق حاضر پانل ساندویچی مستطیلی شکل با رویه های کامپوزیتی چند لایه و هسته از جنس مواد هدفمند که بر روی تکیه گاه مفصلی قرار داده شده، از نظر ارتعاشات آزاد تحلیل شده و سپس ارتعاشات اجباری آن تحت اثر بارگذاری در رویه بالایی پانل در دو حوزه فرکانس و زمان مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج معادلات حاکم بر مساله، از روش انرژی و اصل هامیلتون استفاده شده است. برای بررسی ارتعاش آزاد از پاسخ های فرض شده اولیه بر مبنای روش ناویر بهره گرفته شده و از حل عددی نیومارک جهت بررسی ارتعاشات اجباری پانل در حوزه زمان استفاده شده است. تاثیر تغییر پارامترهای هندسی و فیزیکی بر ارتعاشات اجباری پانل های مختلف بررسی شده و در نهایت نتایج بدست آمده از تحلیل ارتعاشی پانل ساندویچی با کارهای قبلی مقایسه شده و درستی نتایج حاصل تایید شده است.
کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ارتعاشات اجباری، پانل ساندویچی، هسته FGM، رویه کامپوزیت
-
Page 1In this paper, it is tried to design an altitude hold mode autopilot of unmanned aerial vehicles (UAVs). This autopilot has practical importance for UAV's due to flying in the vicinity of terrain to implement missions by terrain following maneuvers. This case presents an interesting challenge due to the non-minimal phase characteristics, non-linearities, and uncertainties of altitude to elevator relation. Unlike the conventional methods (in which the altitude autopilot is designed with three loops, so that altitude, pitch rate, and pitch angle variables are measured), a single loop scheme is proposed so that only altitude is measured. This single loop scheme is simple, but it is not robust with respect to the uncertainties. The fuzzy logic control is proposed to overcome parametric uncertainties and unmodeled dynamics (due to the complexity and expenses in aerospace industries, these uncertainties are usually available in modeling). Our 6DOF non-linear simulation shows that it is possible to achieve a simple and robust autopilot by fuzzy logic control.
-
Page 11Wind tunnel tests with good flow conditions have great roles in the design and optimization of models of flying vehicles. It is crucial to obtain test section flow parameters, such as velocity and pressure distribution, as well as uniformity along with the direction of the flow in the calibration tests. This process is very expensive and time consuming due to large Mach number range, especially for relatively large sizes of wind tunnel test section. To overcome these problems, the calibration tests were done in the specified sections and Mach number and the results were extracted for other sections and Mach numbers by soft computing. With real time monitoring of wind tunnel data, based on GRNN and the network training, the related data in other sections and Mach numbers were estimated. It was shown that the GRNN is more capable with respect to classical methods for estimating non-linear functions, such as least square method. Cost, time, and wind tunnel calibration tests were decreased extensively using this intelligent technique.
-
Page 25In the present work, study of the free vibration of thin cylindrical shells of a functionally gradient material (FGM) with ring support composed of stainless steel and nickel is presented. The effects of boundary conditions and ring support on the natural frequencies of the shell are studied. The cylindrical shells have ring supports of arbitrarily location. The study is carried out using third shear deformation shell theory and analysis is carried out using Hamilton’s principle. The governing equations of motion, the results of frequency characteristics, the influence of ring support position, and the influence of boundary conditions are presented. The results are validated with those available in the literature.
-
Page 39This article investigates and analyzes the snake-like robot by applying Lagrange method to establish the equations of motion. Based on these equations, the generalized coordinates are the absolute angles of bodies and center of mass of the snake robot. The friction force was considered as the Coulomb model and the contacting surface was based on the rectangle shape. This model allows more realistic result compared to viscous friction model. Although the robot's relative angles are specified as functions of time, the robot's equations of motion were derived such that the torque of actuators were not directly inserted into the equations and the relative angles were the system's input. Based on the serpenoid curve and parametric control through this curve (which influences the whole movement of the robot), the robot will be controlled in such a way that it can travel in a prescribed path. Accordingly, the robot could travel well through the prescribed curvilinear and linear paths. By utilizing this method, the robot was navigated from a point outside the design path towards it.
-
Page 55In this paper, free vibration behavior of a cracked cantilever beam is investigated. The lateral vibration of the cracked beam in its first mode is modeled as a SDOF system with an equivalent mass, stiffness, and damping. In this model, it is assumed that the equivalent stiffness of the system is varying as a harmonic function due to the opening and closing of the crack during vibration. The main purpose of this investigation is to derive an analytical relation to describe the effects of the system characteristics and the crack parameters on superharmonic components of the response spectrum. To this end, the method of multiple scales is employed to solve the governing differential equation of motion. The results show that the response is composed of two parts, one of which (the main part) is the response of a system with the mean equivalent stiffness of the systems corresponding to the closed crack and the open crack cases and the second part is the first order correction term, which reflects the effect of opening and closing the crack on the vibration response. In fact, the correction term consists of the superharmonic components of the spectrum. Results have been validated by numerical methods and experimental tests.
-
Page 71In this paper two non-linear control strategies were employed to design the controller for vehicle active suspension systems, considering the non-linear dynamics of the hydraulic actuator. At first, a controller is designed using Lyapunov’s method in which the square of the vertical acceleration was chosen as the Lyapunov function. Simulation results indicate that this controller is successful in reducing the vertical acceleration to improve the ride comfort, but it can not control the stability and steerability of the vehicle. Meanwhile, the designed controller is not robust enough to system parameter perturbations. Therefore, the sliding mode control as a robust non-linear control method was adopted as an alternative. In this method, the sliding surfaces were selected in a way that the non-linear system tracks a “sky-hook” model, which has desirable behavior. In order to improve the characteristics of the reference model in terms of ride comfort and steerability, considering the practical constraints of the suspension system, an optimal LQR controller was designed for the sky-hook model. Simulation results show that the controlled system tracks the behavior of this new reference model well. Also, the sliding mode controller is robust to parameter perturbations.
-
Page 83In this paper, forced vibration analysis of simply supported sandwich panel with composite layers and functionally graded material as core material is investigated using first shear deformation theory (FSDT) for face-sheet and three-dimensional elasticity polynomials with unknown coefficients as Frostig method for its core. Hamilton’s principle is applied to derive a set of fully coupled dynamic equations of motion. The core is assumed to have variable material properties only in the thickness direction. The forced vibration analysis has been performed using the Newmark integration method for investigating the vibration characteristics and finding the response of rectangular panels under dynamic loads. The governing equations have been solved numerically using MATLAB software. Results have been verified with similar previous work. Finally, the central amplitude of sandwich panel on frequency parameter of excitation and the variation of the central deflection of sandwich panel as a function of time, subjected to different types of external force and the effects of geometry, material properties, number of layer, and different angle in composite layers are investigated. These numerical results have been then compared either with the available experimental ones or with some available theoretical results.
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.