فهرست مطالب

مهندسی هوانوردی - سال پانزدهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1392)

نشریه مهندسی هوانوردی
سال پانزدهم شماره 2 (پاییز و زمستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/12/28
  • تعداد عناوین: 7
|
  • اسماعیل لآلی*، مهدی نصرالله زاده، مسعود ابراهیمی، جعفر روشنی یان صفحات 1-13
    در این مقاله ابتدا شبیه سازی دینامیک یک وسیله پرتاب شونده از توپ که پرنده بدون سرنشینی درون آن قرار دارد، از زمان پرتاب تا لحظه باز شدن بال ها، بررسی شده است. مراحل بیرون آمدن پرنده بدون سرنشین از پوسته، باز شدن چتر و باز شدن بال ها همگی در شبیه سازی مد نظر قرار می گیرند. ضرایب آیرودینامیک مورد نیاز در شبیه سازی، با استفاده از یک نرم افزار نیمه تجربی به دست آمده و با استفاده از میان یابی دو بعدی بر حسب عدد ماخ و زاویه حمله در برنامه شبیه سازی مورد استفاده قرار می گیرند. سپس، با در نظر گرفتن تابع هدف برد حداکثر و انتخاب متغیرهای طراحی مناسب شامل مسیر و هندسه پرتابه، یک مسئله بهینه سازی تعریف می شود. به علاوه قیودی نظیر پایدار بودن پرتابه، ارتفاع جدایش و ارتفاع نهایی در فرآیند بهینه سازی لحاظ می شوند. برای لحاظ کردن قید پایداری پرتابه از روش رد جواب و برای لحاظ کردن دو قید دیگر از روش تابع جریمه با ضرایب جریمه مناسب استفاده شده است. در نهایت، نتایج بهینه سازی ارائه شده، افزایش 16 درصدی برد بهینه نسبت به برد اولیه را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بالستیک خارجی، شبیه سازی دینامیکی، بهینه سازی چند موضوعی، بهینه سازی آیرودینامیکی
  • عباس رنجبر سعادت آبادی، طاهره عموزاد مهدیرجی*، جابر پوریانی صفحات 15-24
    یخ زنی هواپیما یعنی تشکیل یخ روی سطح هواپیمای در حال پرواز که یکی از عمده ترین حوادث در هوانوردی می باشد. یخ زنی جزء پدیده های جوی است که از نظر نوع و میزان شدت، کاملا قابل پیش بینی نیست. در این مطالعه رخداد یخ زنی های گزارش شده توسط خلبانان بررسی شده است. علاوه بر گزارش های خلبان، گزارش های هواشناسی، نقشه های فشار سطح زمین و ارتفاع ژئوپتانسیلی ترازهای 850 و 500 میلی بار و نمودارهای نیم رخ دما، رطوبت و باد (نمودار Skew-T) استفاده گردید. سپس با تحلیل نقشه های هواشناسی و بررسی الگوهای همدیدی موثر بر یخ زنی، شدت یخ زنی با استفاده از محتوای آب ابر، محاسبهی ارتفاع سطح یخ بندان با استفاده از دمای سطح زمین، بررسی چگونگی رخداد یخ زنی با استفاده از روش -8D و شاخص های پایداری در زمان های مورد نظر محاسبه گردید. نتایج نشان می دهد که بیشترین یخ زنی ها در ماه آوریل بوده و الگوهای همدیدی موثر در ایجاد یخ زنی بر روی کشور، در بیشتر موارد کم فشارهای دینامیکی است و یخ زنی ها در مناطقی که ناوه و جبهه ی سرد فعالیت دارند، رخ داده اند. یخ زنی های شدید همراه با ابرهای کومه ای با گسترش قائم زیاد(Cb) همراه بوده است. همچنین روش -8D برای یخ زنی های شدید که در ماه های آوریل رخداده، مناسب بوده است.
    کلیدواژگان: یخ زنی هواپیما، مسیرهای مختلف پروازی، شدت یخ زدگی، سطح یخبندان
  • محسن سهراب*، رضا زردشتی صفحات 25-35
    هدف از این مقاله، هدایت سه بعدی یک پرنده بدون سرنشین با استفاده از استراتژی کنترل غیرخطی است. به همین منظور، ابتدا مدل ریاضی خطای ردگیری مسیر مرجع برای پرنده بدون سرنشین ایجاد و سپس با استفاده از پایداری لیاپانوف، فرامین هدایت تولید شده است. در این راستا بخشی از ترم های تابع لیاپانوف به صورت نمایی پایدار شده و بخشی دیگر، با اضافه کردن یک سری ترم های اغتشاشی به ورودی متغیرهای حالت خطای مربوطه و توسعه یک سیستم دینامیک مجازی و استفاده از راهبرد H_∞ غیرخطی، مبادرت به پایدارسازی و حذف اغتشاشات مربوطه شده است. همچنین به منظور به کارگیری رویکرد مزبور و اجتناب از پیچیدگی مسئله، رهیافت بهینگی معکوس جهت استخراج کنترل کننده مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت، کنترل پایدارساز مزبور به فرامین هدایتی اضافه شده که در مجموع، پایداری کل سیستم از دیدگاه لیاپانوف و همچنین بهینگی آن به دلیل کمینه نمودن یک تابع هزینه، تامین شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پرنده مورد نظر با استفاده از الگوریتم مذکور، مسیر پروازی را به خوبی دنبال می کند.
    کلیدواژگان: ردگیری مسیر پرواز، کنترل H، ∞ غیرخطی، پرنده بدون سرنشین، بهینگی معکوس
  • غلامحسین پوریوسفی*، مسعود میرزایی، مجتبی فولادی، علیرضا دوست محمودی صفحات 37-49
    سوانح هوانوردی که در چند سال اخیر در اثر یخ زدگی بال هواپیما رخ داده اند، لزوم بررسی این پدیده را آشکار می سازد. در این مقاله، ایرفویل NACA23012، به علت کاربرد فراوان در هوانوردی عمومی و تاثیر شدید یخ زدگی بر آن، مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور بررسی اثرات پدیده یخ زدگی، آزمایشات در عدد رینولدز Re=0.6×〖10〗^6 در محدوده زوایای حمله 8- تا 22 درجه، بر روی ایرفویل های بدون یخ، یخ شاخی شکل و یخ انباشته شده در راستای دهانه، انجام شد و سپس نتایج آن ها مورد مقایسه قرار گرفت. طبق نتایج به دست آمده، پدیده یخ زدگی به شدت بر روی جریان اطراف ایرفویل و همچنین رفتار ضرایب آیرودینامیکی تاثیر می گذارد. به طور کلی می توان گفت که تشکیل این دو نوع از یخ زدگی بر روی ایرفویل، باعث شکل گیری حباب جدایش جریان در پایین دست لبه حمله، در سطح بالایی ایرفویل می گردد. به علاوه، آشکار شد که یخ انباشته شده در راستای دهانه، نسبت به یخ شاخی شکل، تاثیر منفی بیشتری بر روی پارامترهای آیرودینامیکی ایرفویل دارد. برای حالت یخ انباشته شده در راستای دهانه، زاویه واماندگی حدود 8 درجه و ضریب برآی بیشینه حدود 50 درصد افت می کند. این در حالی است که برای حالت یخ شاخی شکل، زاویه واماندگی تقریبا 4 درجه و ضریب برآی بیشینه حدود 21 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سوانح هوانوردی، یخ زدگی بال، یخ شاخی، یخ انباشته شده در راستای دهانه، ایرفویل NACA 23012
  • حشمت الله محمدخانلو*، علیرضا مهردوست صفحات 51-58
    رفتارهای دینامیکی آشوبناک با توجه به ماهیت غیرقابل پیش بینی بودن می توانند مشکلات زیادی را به ویژه در سیستم های مهندسی ایجاد نمایند. از مهم ترین سیستم هایی که در معرض ارتعاشات آشوبناک قرار دارند، می توان به سیستم های دوار مانند موتورهای جت یا توربین های خنک کننده سیستم تهویه هواپیما اشاره کرد. در حالت آشوبناک، دامنه پاسخ سیستم ارتعاشی به صورت غیرمنتظره کم و زیاد می شود که این مورد با توجه به بالا بودن سرعت چرخشی سیستم های دوار هوایی، می تواند تنش های دوره ای فوق العاده ای را ایجاد نماید. وجود تنش های دوره ای نیز منجر به کاهش عمر در اثر خستگی قطعات می شود. لذا شناسایی محدوده رفتارهای آشوبناک با توجه به غیرخطی بودن اغلب سیستم های واقعی و چگونگی خارج شدن از این رفتارها اهمیت به سزایی دارد. در این مقاله از معادله دافینگ و دافینگ اصلاح شده با توجه به ماهیت فیزیکی مناسب، استفاده و پس از شناسایی رفتار دینامیکی سیستم با تکنیک خاص رفتارهای غیرخطی، سعی بر کنترل رفتار آشوبناک با تغییر فرکانس تحریک گردیده است. نتایج به دست آمده بیانگر تاثیر مثبت افزایش فرکانس تحریک بر خروج از رفتار آشوبناک می باشد.
    کلیدواژگان: رفتار آشوبناک، دوشاخه ای شدن، معادله دافینگ، فرکانس تحریک
  • سید حمید جلالی نایینی* صفحات 59-73
    در این مقاله، تحلیل فاصله خطای استراتژی بهبودیافته ناوبری تناسبی با بازخورد شتاب جانبی، برای سیستم هدایت و کنترل مرتبه دوم در حضور اثر رادوم و نویز جستجوگر با استفاده از معادلات بی بعدشده روش الحاقی ارائه شده است. در این تحلیل، از مدل خطی شده استفاده شده و شیب خطای رادوم ثابت فرض شده است. با استفاده از نمودارهای بی بعد حاصل، روابط تقریبی فاصله خطا ناشی از نویز جستجوگر و اثر رادوم برای سیستم هدایت و کنترل مرتبه دوم با دو قطب حقیقی مجزا به دست می آید. نمودارهای بی بعد و روابط تقریبی حاصل برای تحلیل و طراحی اولیه سیستم هدایت، مفید خواهد بود. به علاوه، با استفاده از روابط تقریبی حاصل می توان بهره ها و ثابت زمانی سیستم هدایت را به طور متغیر طراحی نمود که سبب بهبود عملکرد و پایداری سیستم هدایت و کنترل در ارتفاع پایین و بالا می شود.
    کلیدواژگان: فاصله خطا، ناوبری تناسبی، نویز جستجوگر، اثر رادوم، روش الحاقی
  • حمیدرضا دلیلی اسکویی*، محمد بخشنده، ایمان امانی، فرهاد تقی زاده صفحات 75-85
    سیستم TCAS به منظور جلوگیری از برخورد هوایی هواپیماهای در حال پرواز در مسیرهای پروازی طراحی و ساخته شده است. اصولا در صنعت هوایی یکی از مهمترین ارکان اطمینان از عملکرد صحیح سیستم ها و دستگاه ها، تسترهای تخصصی هر قطعه می باشد. در این پژوهش، ساخت تستر برای قطعه نمایشگر اطلاعات TCAS یا (TCAS Display Unit (TDU مورد نظر می باشد. از آنجا که TDU رابط خلبان، کامپیوتر و آنتن های TCAS می باشد، خلبان با استفاده از آن از وجود هواپیماهای مزاحم و احتمال برخورد آگاه شده و مانور مناسب را انجام می دهد. لذا بدیهی است که اهمیت بسیار زیادی در جلوگیری از وقوع سوانح هوایی دارد. نتیجه این پژوهش دستیابی به دانش فنی طراحی و ساخت تستر این قطعه می باشد که با توجه به رفع نیاز کشور به آن از وقوع بسیاری از سوانح و رویدادهای هوایی جلوگیری خواهد شد.
    کلیدواژگان: سیستم اجتناب از برخورد، نمایشگر سیستم اجتناب از برخورد، ARINC 429
|
  • E. Laali*, M. Nasrollahzadeh, M. Ebrahimi, J. Roshanian Pages 1-13
    The first step in this paper is to simulate the dynamics of a projectile، carrying a gun-launched UAV، from launching to the time that the wings open. The changes that the UAV undergo such as coming out of the shell، opening the parachute and then the wings، all have been accounted in the simulation process. The second step in this study involves defining a multidisciplinary optimization problem. In the end، in order to maximize the range of the projectile، the optimization problem is analyzed. Through this analysis، considering stability constraints، optimal values for parameters such as the geometry of the projectile، diameter of the parachute، launch angle and separation altitude are achieved and regarding each one، some arguments are raised.
    Keywords: Maximum Range, Multidisciplinary optimization, Dynamic Simulation, Gun, Launched UAV
  • A. Ranjbar Saadat Abadi, T. Amouzad Mahdiraji*, J. Pouriani Pages 15-24
    Deposition of ice on external surfaces of flying airplanes is one of the major meteorological aviation hazards. Icing is an atmospheric phenomenon, which is not easily predicted. In this study, a number of reported icing cases by pilots were investigated. Moreover meteorological reports, weather charts corresponding to ground surface and¬¬ 500 & 850 Millie-Bar Pressure levels plus upper air sounding data were studied. Analysis of weather charts and synoptic patterns effective on icing, verification of icing intensity using liquid water content of clouds, determination of freezing level height based on surface temperature and applying -8D method for occurrence of icing and also the instability indices were studied. The results indicate that the maximum number of icing events occurred in April, while the most intensive icing events occurred in January and April. In most cases, the dynamical low-pressure levels, synoptic patterns, trough and cold frontal regions are the most probable patterns for icing to occur over the country. Intensive icings are associated with deep cumulonimbus (CB) clouds with high extension. Moreover the -8D method is an acceptable procedure in determination of severe icing possibility in Jan & Apr, while in other cases the method does not seem to indicate good results in determining icing possibility in the corresponding surfaces reported by pilots.
    Keywords: Aircraft icing, Flight Different Paths, Intensive Icing, Freezing Level
  • M. Sohrab*, R. Zardashti Pages 25-35
    The purpose of this paper is the three-dimensional guidance tracking of an unmanned aerial vehicle using robust nonlinear control strategy. For this purpose, the model of the reference tracking error is produced first, and using Lyapunov stability guidance commands are then provided. Terms of the Lyapunov equation is exponentially stable, partly by adding a set of disturbance variables to the input error state variables and Developing a virtual dynamic system, the stabilization and disturbance rejection is provided using nonlinear H∞ strategy. In order to apply this strategy and avoid the complexity of the problem, the inverse optimality approach is used to derive the controller. Finally, the stabilizer control added to guidance commands, and the Lyapunov stability of the whole system from optimality perspective due to the minimization of a cost function is provided. The simulation results indicate that by using this algorithm, the UAV follows the flight trajectory as well.
    Keywords: Trajectory Tracking, Robust Nonlinear Control, Nonlinear H, ∞ Control, Unmanned Aerial Vehicle, Inverse Optimality
  • G. Pouryoussefi*, M. Mirzaei, M. Fouladi, A. Doostmahmoudi Pages 37-49
    Aviation accidents due to the icing of aircraft wings in recent years raised the need for investigation of this phenomenon. In this paper, icing on NACA 23012 airfoil, due to the frequent usage in general aviation and also severe impact of the icing on this airfoil, has been studied. To study the effects of icing phenomenon, the experiments were carried out over a range of angles of attack from -8° to 22° at Reynolds number of 600000 on the clean airfoils, horn ice and spanwise ridge ice shape, and thereafter, the corresponding results were compared. According to the results, the icing phenomenon strongly affects the flow field around the iced airfoils, and it also has negative influence on the behavior of aerodynamic coefficients of the airfoil. Generally, it can be said that these two types of icing formation on the airfoil cause the formation of flow separation bubble on the upper surface at the downstream of the leading edge. In addition, it is found that the spanwise ridge ice has more negative effects on the aerodynamic parameters of the airfoil in comparison with the horn ice. In the case of spanwise ridge ice, ∝ stall and CL max decrease 8° and 50%, respectively, whereas, for the case of horn ice, these values reduce about 4° and 21%.
    Keywords: Aviation Accidents, Wing Icing, Horn Ice, Spanwise Ridge Ice, NACA 23012 Airfoil
  • H. Mohammad Khanlou*, A. Mehrdoust Pages 51-58
    The unexpected nature of chaotic dynamics behavior can result in many operational problems in the engineering systems. The rotating machinery such as jet engines and cooling turbine in the aircraft environmental control systems, suspected to undergo chaotic vibration in the engineering systems. In the chaotic region, the vibration responses have unpredicted amplitude. Since the aerial rotating systems operate in high speeds, the cyclic stresses could emerge and therefore, the operational life of the system would decrease. Thus, investigation and detection of the chaotic regions in the nonlinear systems is of great importance. In this paper, the nonlinear behavior analysis applied to the Duffing and modified Duffing equations. The analytical techniques such as bifurcation diagram, phase plane, Poincare map, power spectrum and Lyapunov exponents have been applied to investigate the system’s behavior. After detecting the chaotic region, the excitation frequency was used to control the chaos and return the motion state to a periodic one. The results verify the effectiveness of this strategy.
    Keywords: Chaotic Behavior, Bifurcation, Duffing Equation, Excitation Frequency
  • S. H. Jalali Naini* Pages 59-73
    In this paper, miss distance analysis of a modified proportional navigation with lateral acceleration feedback is presented using normalized equations of adjoint method in the presence of radome effect and seeker noise. In this analysis, linear model is utilized. Also, radome error slope is assumed to be constant. Approximate formulas of miss distance are presented for second-order control system with two real distinct poles, using obtained nondimensional miss distance curves. These curves and formulas are useful for guidance system analysis and preliminary design. Moreover, using the approximate formulas, the guidance gain and time constant can be designed as variables to enhance the stability and performance of the guidance and control system in low and high altitudes.
    Keywords: Miss Distance, Proportional Navigation, Seeker Noise, Radome Effect, Adjoint Method
  • H. Dalili Oskouei*, M. Bakhshandeh, I. Amani, F. Tagizadeh Pages 75-85
    TCAS has been designed to avoid the collision of aircraft on flying. Basically, one of the most important pillars of aviation industry in ensuring proper operation of systems and devices is specialized testers of each segment. In this research, the design and construction of the corresponding tester of TCAS Display Unit (TDU) is studied. Since TDU is an interface between pilot, flight computer and TCAS antenna, it is used by the pilot to be aware of intruder aircrafts and chances of collision, so he will be able to choose and take the appropriate maneuver to avoid collision. So, it is apparent that TDU has a very important role in avoiding aerial accidents. The purpose of this research was to obtain technical knowledge of design and construction of TDU tester which would help to minimize the occurrence of aerial incidents.
    Keywords: TCAS, TCAS Display Unit (TDU), Aerial Incidents, Avoiding Collisions