فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 43، بهار 1395)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 43، بهار 1395)

  • دینامیک، ارتعاشات و کنترل
  • تاریخ انتشار: 1395/02/14
  • تعداد عناوین: 8
|
  • زهره موسوی صفحات 1-12
    در این مقاله تحلیل ارتعاشات آزاد ورق های ضخیم مستطیلی از جنس مواد هدفمند همسانگرد و همسانگرد عرضی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر ورق بر پایه تئوری مرتبه بالاتر تغییر شکل برشی و عمودی باترا و ویدولی با استفاده از اصل کار مجازی به دست آمده است. معادلات حاصل با فرض تکیه گاه ساده روی هر چهار لبه ی ورق به صورت تحلیلی حل شده است. در تئوری مرتبه بالاتر تغییر شکل برشی و عمودی، هر دو اثر تغییر شکل برشی و عمودی در راستای ضخامت لحاظ گردیده است. از مزایای این تئوری در مقایسه با تئوری های برشی این است که جابه جایی عرضی ورق در امتداد ضخامت ثابت در نظر گرفته نشده است و برای ورق ضخیم نتایج دقیقی می دهد. برای بیان خواص مکانیکی، الکتریکی و فیزیکی مواد هدفمند در امتداد ضخامت از تابع توانی، استفاده شده است. در آخر بعد از نشان دادن دقت نتایج حاضر، نتایج عددی برای پارامتر های مختلف ورق آورده شده است و اثر پارامتر های مختلف بر فرکانس های طبیعی با جزئیات مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی نشان می دهد که وقتی از تئوری مرتبه پنجم استفاده می شود، نتایج برای ورق های ضخیم مستطیلی هدفمند بسیار نزدیک به نتایج به دست آمده از تئوری الاستیسیته سه بعدی می باشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ماده هدفمند، ورق ضخیم، تئوری مرتبه بالاتر تغییر شکل برشی و عمودی
  • محمدرضا الهامی، مهندس سید مهدی سادات رسول صفحات 13-19
    یکی از دغدغه های همیشگی موجود در سیستم های هدایت و ناوبری تک بعدی بودن این سیستم ها می باشد. ناوبری بر پایه یک سیستم بسیار نا امن بوده و احتمال خطا بسیار بالا خواهد بود. لذا داشتن یک سیستم کمک ناوبری یا استفاده از دو سنسور همزمان می تواند یکی از راه کارهای کاهش این خطر بسیار جدی به شمار آید. در این تحقیق، شبیه سازی و بهینه سازی حرکت و طراحی نرم افزاری خلبان خودکار هواپیمای کوچک، به صورت غیرخطی و با بهره گیری از سیستم تلفیقی ناوبری اینرسی و استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته مد نظر می-باشد. برای به دست آوردن نتایج قابل استناد، خطای سنسورهای جی پی اس و آی ان اس و همچنین عملگرهای موجود در هواپیما مدل-سازی و شبیه سازی شده و برای نزدیک تر شدن به فضای واقعیت، شرایط آب و هوایی برای بادهای با سرعت های مختلف شبیه سازی و به سیستم کنترلی اضافه شده است. در این مقاله، ابتدا مدل دینامیکی این هواپیمای کوچک به دست آمده و سپس با درنظر گرفتن محدودیت-های موجود در هواپیما، کنترلر پی آی دی به صورت سری انتخاب شده است. برای افزایش دقت در سیستم کنترلی و همچنین اطمینان از صحت عملکرد کلیه فرامین و الگوریتم ها، سیستم کنترلی در سه سطح و سیستم شبیه سازی را در دو مرحله حلقه باز و حلقه بسته طراحی و مورد آزمایش قرار داده ایم. نزدیکی نتایج به دست آمده از این روش با نتایج حاصل از تست های تجربی، بیانگر انتخاب صحیح الگوریتم کنترلی، مدل سازی مناسب اجزاء و صحت شبیه سازی سیستم می باشد.
    کلیدواژگان: هواپیمای کوچک، طراحی خلبان خودکار، شبیه سازی پرواز، هدایت و ناوبری تلفیقی
  • حسین پورتاکدوست، جلال کریمی * صفحات 21-27

    ارتقای سطح خودگردانی وسایل پرنده بدون سرنشین مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است. یکی از مهم ترین مسائل در بحث خودگردانی، مسئله برنامه ریزی حرکت است. در این مسئله که مورد توجه این مقاله قرارگرفته، برنامه ای برای حرکت وسیله پرنده از یک محل معین و رسیدن به نقطه مشخص تولید می شود. اگر بخواهیم مسیرهای تولید شده برای وسیله پرنده قابل انجام باشند، نیاز است که قابلیت های عملکردی و سیستمی وسیله را مورد توجه قرار دهیم. به همین خاطر، در تحقیق حاضر، با لحاظ نمودن مدل دینامیکی غیرخطی و قابلیت های عملکردی و دینامیکی وسیله، مسیرهایی عملی ایجاد می گردد. روش بهینه سازی گروه ذرات ارتقا داده شده تا از عهده حل مسئله برنامه ریزی حرکت برآید. ارزیابی الگوریتم حاضر از طریق شبیه سازی سناریوهای پروازی مختلف، قابلیت الگوریتم مذکور را درتولید مسیرهای بهینه درمیان عوارض زمینی و نواحی تهدید به وضوح نشان می دهد.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی حرکت، بهینه سازی گروه ذرات، عوارض زمینی، ناحیه تهدید
  • حسن اشتری، حبیب قنبرپور اصل، مهران حق پرست صفحات 29-39
    این مقاله به منظور رهگیری اهداف متحرک در صفحه و بر اساس داده های زاویه رویت هدف، توسط دو ایستگاه زمینی تنظیم شده است. دیدگاه های اشاره شده در این مقاله قابلیت به کارگیری مستقیم در حوزه رهگیری اهداف زمینی و دریایی را دارا می باشد. به کمک روش های تخمین مانند فیلتر کالمن توسعه یافته مرتبه اول و مرتبه دوم، فیلتر کالمن خنثی و استفاده از تئوری هموارسازی تلاش شده است، با غلبه بر نویز موجود در داده های اندازه گیری، تخمین هرچه دقیق تری از موقعیت هدف به دست آید. در راستای درک کمی از عملکرد فیلترهای فوق، شبیه سازی به منظور رهگیری یک شناور در مسیر حرکت از خلیج فارس به سمت دریای عمان انجام شده است. با انجام شبیه سازی به صورت مونت کارلو، یکسان بودن تقریبی عملکرد فیلترهای کالمن توسعه یافته مرتبه اول و مرتبه دوم و فیلتر کالمن خنثی در این مسئله نشان داده شده است. علاوه بر این ملاحظه می شود با استفاده از تئوری هموار سازی و اعمال آن بر هریک از فیلترهای فوق، خطای حاصل از تخمین موقعیت هدف، به مراتب کاهش یافته و در حدود سه برابر بهبود می یابد.در انتها با توجه به دینامیک سیستم و با مد نظر قرار دادن دقت و حجم پردازش مورد نیاز، استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته مرتبه اول به همراه تئوری هموار سازی پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: تعیین موقعیت، زاویه رویت، فیلتر کالمن توسعه یافته، فیلتر کالمن خنثی، هموارسازی
  • محمدعلی امینی، حسن سالاریه، آریا الستی صفحات 41-54
    در این مقاله، بر پایه روش حداقل مربعات بازگشتی، روشی برخط برای شناسایی مولفه های تانسور ممان اینرسی اجسام با استفاده از شبیه ساز ماهواره چرخ عکس العملی سه درجه آزادی ارائه شده است. دینامیک شبیه ساز یاتاقان هوایی مجهز به سه عدد عملگر چرخ عکس العملی به دست آمده و مورد استفاده قرار گرفته است. تنها سنسور مورد استفاده، سنسور ژایرو نرخی سه جهته است. به دلیل وجود نویز در این سنسور، ماتریس برازشگر مورد استفاده در روش حداقل مربعات دارای عدم قطعیت تصادفی بوده و در نتیجه روش حداقل مربعات کلاسیک، قابل استفاده نیست. برای حل این مشکل، روشی مقاوم به نویز ارائه و پایداری این روش اثبات شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی این روش، موفقیت این روش در شناسایی مولفه های تانسور اینرسی را اثبات می کند.
    کلیدواژگان: شناسایی، تانسور ممان اینرسی، شبیه ساز یاتاقان هوایی نیمه کروی ماهواره، روش مقاوم به نویز، روش حداقل مربعات بازگشتی
  • سیدعلی موسوی، محمدرضا الهامی، سعید محجوب مقدس صفحات 55-66
    محدوده ی عملکرد مطمئن پره به لحاظ عدم بروز پدیده تشدید در شرایط مختلف کاری روتور با استفاده از روش آنالیز مودال مشخص می-شود. با توجه به اینکه پره های فلزی یا کامپوزیتی بالگردها دارای انعطاف پذیری خاصی می باشند، که در سرعت های مختلف منجر به تغییر شکل این سازه در صفحات مختلف می گردد، این تغییر شکل ها می تواند اثر زیادی بر روی عملکرد آیرودینامیک بالگرد داشته باشد. تحلیل دینامیکی پره های بالگرد براساس مشخصات دینامیکی این سازه، در سرعت های دورانی مختلف انجام می شود و در این مقاله نیز تحلیلی براساس روش های جرم های متمرکز (روش مایکل اشتاد و المان محدود) و تست مودال بر روی سازه روتور انجام شده، که تحلیل المان محدود به دو روش نرم افزاری و تحلیلی صورت گرفته است. تست مودال برای صحه گذاری و مقایسه با روش های جرم های متمرکز در دو حالت استاتیکی و دینامیکی با سرعتی ثابت، بر روی سازه روتور انجام شده است. با مقایسه نتایج حاصل از هر دو روش و پس از اطمینان از وجود تطابق بین نتایج روش های جرم های متمرکز و نتایج تجربی، تجزیه و تحلیلی مطابق شرایط کاری روتور صورت گرفت و در نهایت دیاگرام کمپل رسم گردید. بر طبق این دیاگرام مشخص شدکه هیچ گونه مشکل رزونانسی در پره ی روتور به وجود نیامده است، ضمن اینکه تطابق قابل قبولی بین نتایج عددی و تجربی وجود دارد.
    کلیدواژگان: روتور بالگرد، آنالیز مودال، روش جرم های متمرکز، تست مودال، دیاگرام کمپل
  • علیرضا سعیدی، زهره موسوی صفحات 67-78
    در این مقاله تحلیل ارتعاشات آزاد ورق های ضخیم مستطیلی هدفمند پیزوالکتریک، در حالت مدار بسته مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر ورق بر پایه تئوری مرتبه بالاتر تغییر شکل برشی و عمودی با استفاده از اصل کار مجازی به دست آمده است. معادلات حاصل با فرض تکیه گاه ساده روی هر چهار لبه ورق به صورت تحلیلی حل شده است. در تئوری مرتبه بالاتر تغییر شکل برشی و عمودی، هر دو اثر تغییر شکل برشی و عمودی در راستای ضخامت لحاظ گردیده است و پارامترهای جابه جایی و پتانسیل با استفاده از تابع لژاندر در راستای ضخامت بسط داده شده اند، از مزایای این تئوری در مقایسه با تئوری های برشی این است که جابه جایی عرضی ورق در امتداد ضخامت ثابت در نظر گرفته نشده است و برای ورق ضخیم نتایج دقیقی می دهد. برای بیان خواص مکانیکی، الکتریکی و فیزیکی مواد هدفمند در امتداد ضخامت از تابع توانی، استفاده شده است. در پایان پس از بررسی صحت نتایج حاضر، نتایج عددی برای پارامترهای گوناگون مانند توان ماده هدفمند پیزوالکتریک، نسبت ضخامت به طول مشخصه و اثر پیزوالکتریک بر فرکانس های طبیعی ورق مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ورق مستطیلی، ماده هدفمند پیزوالکتریک، ورق ضخیم، تئوری مرتبه بالاتر تغییر شکل برشی و عمودی
  • اردشیر کرمی محمدی، مهدی داوری صفحات 79-92
    میرایی ترموالاستیک مهم ترین عامل اتلاف انرژی سازه های مرتعش از جمله تشدید کننده ها در مقیاس میکرو و نانو در دمای اتاق می باشد. در این مقاله، ابتدا معادلات کوپل شده و غیرخطی حاکم بر ارتعاشات متقارن محوری جانبی ورق دایره ای با سرعت زاویه ای ثابت حول محور مرکزی به دست آمده است. سپس حل با روش المان محدود به کمک نرم افزار ANSYS انجام و ضریب کیفیت برحسب ابعاد، دما و سرعت دورانی ورق به دست آمده است. دقت نتایج به دست آمده در حالت بدون دوران با نتایج به دست آمده در مراجع مقایسه شده است. سپس اثر چرخش با توجه به دما و ابعاد ورق، بر روی میرایی ترموالاستیک بررسی شد. مشاهده شد که میرایی ترموالاستیک در ابعاد معینی بیشترین مقدار را خواهد داشت، که این ابعاد علاوه بر دما، به سرعت چرخش نیز بستگی دارد.
    کلیدواژگان: میرایی ترموالاستیک، ضریب کیفیت، سیستم های میکروالکترومکانیک، ورق دایره ای دوار، ارتعاشات جانبی
|
  • Zohreh Mousavi Pages 1-12
    In this article، free vibration analysis of thick functionally graded isotropic and transversely isotropic rectangular plates are investigated. Based on the higher-order shear and normal deformable plate theory of Batra and Vidoli، the governing equations are obtained using the principle of virtual work. The equations are then solved analytically، assuming the simply support boundary condition along all edges. In higher-order shear and normal deformable plate theory، the effects of the both transverse shear and normal deformations، are considered. Advantages of this theory compared to the shear theories is that، given that deflection of the plate along the thickness is not constant، for thick plate provides more accurate results. A power law distribution is used to explain the variation of mechanical، electrical and physical properties through the thickness of the functionally graded materials. Furthermore، after showing the accuracy of present analytical approach، the numerical results for different plate parameters has been listed and the different parameters effect on the plate natural frequencies has been studied in details. This investigation is shown that when fifth-order expansion is used، the results of this theory for natural frequencies of thick functionally graded rectangular plates are very close to those obtained from three dimensional elasticity theory.
    Keywords: Free Vibration, Fuctionally Graded Material, Thick Plate, Higher, Order Shear, Normal Deformable Plate Theory
  • Dr Mohammad Reza Elhami, Seyed Mehdi Sadat Rasoul Pages 13-19
    one of the main concerns in the present navigation systems is their single-based. Navigation rely on one system will be very insecure and subjected to very high probability of errors. Therefore, having a navigation aid system or the use of two sensors at the same time can be the best way to reduce this very serious risk. In this research, simulation and software design to optimize movement and autopilot of small aircraft has been considered. At first, dynamic modelling of the aircraft with integrated inertial navigation and extended Kalman filter is developed. To obtain reliable results, the position and inertia sensors as well as actuator errors are modeled in simulation of the aircraft. Furthermore, to get closer to the reality, weather conditions for different wind speed also simulated and added to the PID control system. In order to increase the accuracy of the control system and ensure the precistion of performance, all commands and algorithms of the control system have been designed in three level and tested in two stages of open-loop and closed-loop simulations. The closeness of simulation results with of experimental tests indicates the correct choice of control algorithms, suitable modeling of components and precision simulation of the system.In this article, design and optimization of the nonlinear autopilot software of Desert Hawk hand launch UAV is reviewed using GPS and INS systems. To obtain more realistic results, the sensors and actuators of the autopilot have been modeled and installed in the control system. According to the complexity of the flight algorithm, PID controller is used in the series circuit. The comparison between the results of this method and experimental results approves the appropriate design and simulation of the system components.
    Keywords: Small Aircraft, Auto Pilot Design, Flight Simulation, Integrated Guidance, Control System
  • S.H. Pourtakdoust, J. Karimi Pages 21-27

    Improvements in the level of autonomy of unmanned air vehicles (UAVs) are highly desirable and under pursuit by many researchers. The motion planning problem is one of the vital issues for autonomous vehicles. In motion planning, a trajectory is provided for the vehicle from a known location to a predefined target point. In order to provide feasible trajectories, one needs to consider the vehicle performance and dynamic constraints. In this regard, in the current research, by utilizing the nonlinear dynamic model and performance and dynamic capabilities of the vehicle, feasible trajectories are generated. Particle swarm optimization method is enhanced to handle the motion planning problem. Evaluation of the proposed algorithm, via simulating various scenarios, reveals its capability in generating optimal trajectories through terrain and threat obstacles.

    Keywords: Motion Planning, Particle Swarm Optimization, Terrain Obstacles, Threat Zone
  • Hassan Ashtari, Habib Ghanbarpoor Asl, Mehran Haghparast Pages 29-39
    This paper, provides tracking of moving targets in plane, based on observation angle data. Presented viewpoint is applicable in terrestrial and marine target tracking. Here, in order to overcome measurements noise, common estimation filters including, first and second order extended kalman filter(EKF1 & EKF2), unscented kalman filter(UKF) and smoothing filters is used, to achieve accurate estimation of target position. In order to demonstrate performance of mentioned filters, tracking of a marine target in the path of the Persian Gulf to Oman Sea is simulated. Monte Carlo simulations express identical performance of EKF1, EKF2 and UKF. Also it is revealed that using smoothing filters is resulted in more accurate estimation about three times. Finally due to system dynamic and considering accuracy and processing volume, EKF1 with smoothing filter is proposed for tracking of moving targets.
    Keywords: Position Determination, Observation Angle, Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter, Smoothing
  • Mr M.A. Amini, Dr Hassan Salarieh, Dr Aria Alasty Pages 41-54
    In this paper a method for online identification of moment of inertia tensor parameters of bodies based on recursive least squares method, with a 3 axis reaction wheel air bearing satellite simulator is presented. Dynamics of simulator is implemented in special manner. The only available sensor is a three axes rate gyro which measures the angular velocity of satellite in the body coordinate system. Due to existence of noise in this sensor, the regressor matrix that used in least squares method is not deterministic. So in this case, the classic least squares method cannot be utilized, and its convergence is not guaranteed. For solving this problem, a modified least squares method with robust scheme is presented and its stability is proved. Simulation Results have proved the success of this method in identification of inertia tensors using an air-bearing simulator.
    Keywords: Identification, Moment of Inertia Tensor, Semi, Spherical Air Bearing Satellite Simulator, Robust Method, Recursive Least Squares Method
  • S.A. Mousavi, M.R. Elhami, S. Mahjoub Moghadas Pages 55-66
    Modal analysis is done periodically to ensure blades performance for non-occurrence of resonance obtained under various operating conditions. Since metal or composite helicopter blades have a certain flexibility at different speeds in different planes can lead to deformation of the structure that can have a great effect on the aerodynamic performance of the helicopter. In this paper, modal analysis of helicopter blade has been carried out by the lumped mass methods (myklestad and finite element method) and modal test on the rotor structure. The finite element analysis has been developed by two approach of analytical and software method. Modal testing was also performed in both static and dynamic states, with constant speed, to validate the lumped mass methods. Finally, the results of both methods are compared with each other. After ensuring there correspondence between lumped mass methods and experimental results, an analysis was done according to the operating conditions of the rotor and finally Campbell diagram has been generated. According to this diagram became clear there was not any problem with the resonance of the rotor blades, while the numerical result of case has an acceptable match with the experimental results.
    Keywords: Helicopter Rotor, Modal Analysis, Lumped Mass Method, Modal Test, Campbell Diagram
  • Ali Reza Saidi, Zohreh Mousavi Pages 67-78
    In this article, free vibration analysis of thick functionally graded piezoelectric rectangular plates in closed circuit condition is investigated. Based on the higher-order shear and normal deformable plate theory, the governing equations are obtained using the principle of virtual work. The equations are then solved analytically, assuming the simply support boundary condition along all edges. In higher-order shear and normal deformable plate theory, the effects of the both transverse shear and normal deformations are considered and displacement, potentioal components are expanded in the thickness direction using the Legendre polynomials. Advantages of this theory compared to the shear theories is that given that deflection of the plate along the thickness is not constant, for thick plate provides more accurate results. A power law distribution is used to explain the variation of mechanical, electrical and physical properties through the thickness of the functionally graded materials. Furthermore, after showing the accuracy of present analytical approach, the numerical results for different parameters such as power of functionally graded piezoelectric material, various thickness to length ratio and piezoelectric effect on the plate natural frequencies has been studied.
    Keywords: Free Vibration, Rectangular Plate, Functionally Graded Piezoelectric Material, Thick Plate, Higher, Order Shear, Normal Deformable Plate Theory
  • Dr Ardeshir Karami Mohammadi Pages 79-92
    Thermoelastic damping is recognized as a significant loss mechanism at room temperature in micro and nano-scale resonators. In this paper, the governing equations of coupled thermoelastic problems are established for axisymmetric out of plane vibration of rotating circular plate with constant angular velocity about its central axis. Then the Quality Factor obtained by finite element analysis using ANSYS software, as a function of rotation, environmental temperature and plate dimensions. The results for non rotating plate are verified based on the results obtained by the previous works. Then the effects of rotation, environmental temperature and plate dimensions on the thermoelastic damping are studied. The results show that, thermoelastic damping would be rise to a maximum value at specific sizes of plate, which is dependent on temperature and angular velocity.
    Keywords: Thermoelastic Damping, Quality Factor, Micro Electro Mechanical System (MEMS), Rotating Circular Plate, out of, Plane Vibration