فهرست مطالب

مهندسی هوانوردی - سال شانزدهم شماره 1 (بهار و تابستان 1393)

نشریه مهندسی هوانوردی
سال شانزدهم شماره 1 (بهار و تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1394/03/26
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمید محمدحسین، حمید رادمنش*، مسعود روزخوش، امین رادمنش صفحه 1
    در این مقاله مدل دینامیکی جامع سیستم پیل سوختی از نوع PEMFCبا ذخیره ساز هیدروژن جهت تامین بخشی از انرژی الکتریکی هواپیمای C-130 ارائه شده است. از یک اینورتر 3 فاز دو سطحی برای تبدیل ولتاژخروجی سیستم بهAC استفاده گردید تا بتوان آن را به باس ضروری سیستم توزیع برق هواپیما متصل نمود. البته راهکار دیگر، اتصال خروجی پیل سوختی مستقیما به باس ضروری DC هواپیما می باشد. شبیه-سازی ها در محیط MATLAB/SIMULINK صورت گرفته است. بررسی نتایج نشان می دهد که تعقیب بار و تثبیت ولتاژ به نحو مطلوبی صورت گرفته است. سیستم پیشنهادی از یک الکترولایزر جهت تولید هیدروژن استفاده می کند و با ذخیره هیدروژن تولیدی، نیازی به استفاده از باتری برای ذخیره سازی ندارد. همچنین از اکسیژن تولیدی می توان برای کاربردهایی که در هواپیما نیاز به اکسیژن دارد، استفاده کرد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی، هواپیمای C، 130، منابع تولید پراکنده
  • سجاد جمالی*، سید حسین پورتاکدوست، سید جواد موسوی صفحه 17
    در پژوهش حاضر مسئله بهینه سازی طراحی مفهومی چندموضوعی و چندمنظوره یک پرتابه هوایی مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. این امر بر پایه توسعه یک مدل دینامیک پروازی سه درجه آزادی و مدنظر قرار دادن کلیه محدودیت های سیستمی صورت گرفته است. به منظور دستیابی به حداکثر وزن محموله و حداکثر برد، زمینه های پایداری، وزن و بالانس، آیرودینامیک و مسیر حرکت مطلوب به عنوان موضوعات اصلی در مرحله طراحی مفهومی پرتابه هوایی انتخاب گردیده و برای هر یک، مدلی مناسب با سطح صحت متوسط به کار گرفته شده است. مسئله بهینه سازینتیجه شده شامل 14 متغیر طراحی و دو تابع هدف که همان وزن محموله و برد پرتابه هوایی است، می باشد. به منظور ارزیابی طرح بهینه شده، تحلیل های آماری روی طرح پایه و طرح بهینه بر اساس معیار عملکرد و رعایت محدودیت ها صورت گرفته و مقایسه شده اند که نشان گر عملکرد بهتر طرح بهینهبه دستآمده می باشند. در نهایت، با توجه به نامعینی هایحاکم بر شرایط اولیه رهاسازی و به منظور تحلیل حساسیت برد پرتابه نسبت به تغییرات شرایط اولیه از حالت ایده آل و ارزیابی طرح نهایی، شبیه سازی های مونت کارلوبرروی طرح بهینه نیز انجام شده است.
    کلیدواژگان: طراحی مفهومی، پرتابه، بهینه سازیچندموضوعی، الگوریتمتکاملی چندمنظوره، شبیه سازی مونت کارلو
  • سید حمزه موسی پور*، مهدی ادریسی صفحه 33
    در این مقاله یک قانون هدایت ناوبری تناسبی مقاوم و بهینه برای موشک زمین به هوا در حالت سه بعدی ارائه شده است. قانون هدایت جدید ترکیبی از قوانین هدایت تناسبی و بازگشت به عقب می باشد. قانون هدایت ناوبری تناسبی در برابر اغتشاشات وارده به موشک مقاوم نمی باشد، از این رو این قانون با قانون هدایت بازگشت به عقب که یک قانون هدایتی مقاوم می باشد، ترکیب می شود.در قانون هدایت جدید ضرایبی وجود دارند که باید طراح آن ها را تنظیم کند. در این مقاله این ضرایب با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه می شوند. همچنین، با استفاده از فیلتر کالمن توسعه-یافته حالت های سیستم تخمین زده می شوند. در پایان، این قانون هدایت، با قانون هدایت ناوبری تناسبی افزودنی مقایسه می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که قانون هدایت جدید عملکرد بسیار بهتری نسبت به قانون هدایت ناوبری تناسبی افزودنی دارد.
    کلیدواژگان: هدایت ناوبری تناسبی، بازگشت به عقب، ژنتیک، هدایت، موشک
  • علی معتمدی*، مرتضوی، جعفر روشنی یان، علیرضا بابایی صفحه 49
    هدف از این مقاله توسعه یک الگوریتم سریع و کارآمد به منظور طرح ریزی مسیر پرواز پرنده های بدون سرنشین می باشد. الگوریتم جدید پیشنهادی یک مسیر هموار دارای انحنای پیوستهرا از میان نقاط راه از پیش تعیین-شده در فضای دوبعدی طرح ریزی می نماید. در این الگوریتم با جایگزینی خط دیوبینس با منحنی بزییر، یک مسیر انحنا پیوسته مبتنی بر مسیر دیوبینس و با طول نزدیک به طول بهینه ایجاد می گردد. ویژگی پیوستگی انحنا در این مسیر جدید، بر خلاف مسیر دیوبینس از اعمال تغییر شتاب ناگهانی بر پرنده ی دنبال کننده این مسیر جلوگیری خواهد کرد. الگوریتم به دست آمده به دلیل مبتنی بودن بر حل تحلیلی از قابلیت کاربرد زمان واقعی نیز برخوردار است. از این رو، طرح ریزی مجدد مسیر در حین پرواز توسط این الگوریتم به منظور هدایت پرنده های بدون سرنشین در هر ماموریتی امکان پذیر خواهد بود.
    کلیدواژگان: طرح ریزی مسیر هموار، منحنی بزییر، مسیر دیوبینس، منحنی انحنا پیوسته
  • حسن شاه صفی، رضا خاکی*، مرتضی باقری صفحه 65
    یکی از مشکلات در تحلیل سازه های پیچیده، اعمال بارها و تعیین قیود مربوط به شرایط مرزی می باشد. استفاده از بار گسترده برای بارگذاری آیرودینامیکی مناسب است، ولیدر صورت هم زمانی با بارگذاری اینرسی، شبیه سازی آن با مشکلات بسیاری همراه خواهد بود.در این مقاله روش جدیدی برای اعمال هم زمان بارگذاری آیرودینامیکی و بار اینرسی بر روی مدل المان محدود هواپیما با استفاده از الگوریتم ژنتیک و روش نگاشت ارائه شده است. در این روش بار معادل آیرودینامیکی و اینرسی به صورت توزیع فشار مجهول در نظر گرفته شده و سطوح مورد بررسی به نوارهایی تقسیمگردید؛با این کار، مقدار فشار روی نوارها به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته شد. تابع هدف طوری انتخاب شد که به طور هم زمان مقادیر نیروهای برآ، پسا و گشتاور پیچشی ناشی از این نیروها به خوبی ارضا شوند. از مزایای روش این است که توزیع فشار به هندسه سطوح اعمال می گردد و با تغییر المان بندی، نیازی به بارگذاری مجدد نمی باشد. برای اطمینان از صحت این روش،از یک نمونه بال و بدنه هواپیما استفاده شده و بر روی مدل المان محدود آن، این روش اعمال گردیده و در نهایت، نتایج مطلوبی به دست آمد. در واقع، نتایج حاصله نشان دهنده کارایی خوب این روش می باشد.
    کلیدواژگان: بارگذاری، الگوریتم ژنتیک، المان محدود- آیرودینامیک- نگاشت
  • سعید میرزایی، محمود پسندیده فرد* صفحه 75
    عملگرهای پلاسمایی ابزار قدرتمندی جهت کنترل فعال جریان و لایه مرزی و نیز به عقب انداختن جدایش روی سطوح کنترلی هستند که در دهه ی اخیر بسیار مورد توجه پژوهشگران و مهندسین علوم هوافضایی قرار گرفته است. درابتدا،ساختاراستانداردعملگرهای پلاسمایی (که شامل الکترود پنهان یک تکه ای می باشد) در پژوهش هاوتحقیقات مورد استفاده قرار می گرفت، اما اخیرا ساختاری جدید از این عملگرها معرفی شده است که شامل یک الکترود پنهان چندتکه-ای می باشد. چندتکه ای بودن الکترود پنهان در این عملگرهاباعثبازیابی نیروی حجمی عملگر پلاسما شده و سرعت القایی آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در این مقاله با استفاده از روش عددی الکترواستاتیک-مدارتجمعی، عملگر پلاسماییک تکه ای و سه تکه ای شبیه سازی عددی و اعتبارسنجی شده است و سپس با بررسی عددی کارکرد عملگر پلاسمای سه تکه ای و یک تکه ای بر روی ایرفویل هایNACA 0012 و NACA 0015 مورد ارزیابی قرار گرفته و نشان داده شده است که استفاده از عملگر پلاسما سبب انتقال زاویه واماندگی ایرفویل به عقب شده و به این سبب باعث بهبود توزیع ضریب فشار می شود. از طرفی نشان داده شده که استفاده از ساختار سه تکه ای نسبت به حالت استاندارد، بازدهی عملگر پلاسما را به مقدار قابل توجهی افزایش می دهد. این تحقیق در عدد رینولدز جریان انجام شده و عملگر پلاسما با منبع ولتاژ متناوب سینوسی با ولتاژ 16 کیلوولت و فرکانس 10 کیلوهرتز در حالت دائم شبیه سازی شده است.
    کلیدواژگان: کنترل فعال جریان، عملگر پلاسما، الکترواستاتیک، مدارتجمعی، شبیه سازی عددی
  • سید حسین تقوی*، ایوب عبدلی حسین آبادی صفحه 95
    بهترین کالیبراسیون برای حسگرهای اینرسی با گذر زمان اعتبار خود را از دست می دهد. در این مقاله یک روش عملیاتی برای جبران خطای مدل سازی حسگر های بلوک ناوبری اینرسی متصل به بدنه پیشنهاد شده است تا احتیاج به کالیبراسیون مجدد را به میزان قابلقبولی جبران کند. با توجه به نیاز بلوک های متصل به بدنه به میز مخصوص برای کالیبراسیون، این روش باعث افزایش در دسترس بودن وسیله ای می شود که بلوک ناوبری در آن به کار می رود. در این روش با استفاده از شتاب گرانش محلی و سرعت دوران زمین، سعی می شود تا در زمان پیش از پرتاب، انحراف به وجود آمده در ضرایب کالیبراسیون جبران شود. برای بررسی اثربخشی این روش از سه آزمون مختلف استفاده شده و نشان داده شده است که روش پیشنهادی می تواند با جبران اثر تغییر ضرایب کالیبراسیون، درست در زمان پیش از پرتاب، خطای ناشی از تغییر ضرایب را در سطح قابل توجهی جبران کند.
    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، سیستم متصل به بدنه، کالیبراسیون، جبران سازی خطا
|
  • Page 1
    In this paper، a dynamic model of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) with hydrogen storage for partial electrical generation of C-130 Hercules has been presented. A three-phase two-level inverter is used to connect the fuel cell DC output to the AC system of the Hercules. Another solution would be the direct connection of the output DC terminal of the proposed system to the DC essential bus. The proposed method performance is simulated using MATLAB/SIMULINK. The study results indicatethat the voltage level is fixed to an acceptable level and following the electrical load is properly achieved. The proposed method employs an electrolyser to generate the hydrogen and oxygen. By using the stored hydrogen in the proposed structure، the need for batteries for storage purposes would cease to exist. In addition، the oxygen produced can be used in the aircraft in case it’s required.
    Keywords: Fuel cell, C, 130 Hercules, Distributed Generation (DG)
  • Page 17
    In this paper the problem of multidisciplinary and multi-objective conceptual design optimization of an air launched projectile (ALP) is investigated. The proposed task is performed using a three degree of freedom (DOF) flight dynamics simulation model and taking into account allthe constraintsinvolved in the optimization process. To maximize the payload weight as well as the range of ALP، the vehicle weight and balance، aerodynamics and stability disciplines are selected in the optimization process using a model with moderate levels of fidelity for each subject. The ALP design optimization problem contains 14 design variables and 2 target functions that include the payload weight and the vehicle range. Finally، a performance based comparison of results between the optimized ALP and its non-optimum initial configuration has been made. In addition، a Monte Carlo analysis is performed over the optimal ALP design to see the effects of launching uncertainties in meeting the mission requirements.
    Keywords: Multidisciplinary Design Optimization, Multi, Objective Optimization, Guided Projectile, Non, Dominated Sorting Genetic Algorithm II, Monte Carlo Simulation
  • Page 33
    In this paper a novel optimal and robust proportional navigation (PN) guidance law for three dimensional missile-target system is proposed based on extended Kalman filter (EKF). New guidance law is a combination of PN، sliding mode and backstepping guidance laws. In this guidance law there are some coefficients that must be adjusted. Genetic algorithm (GA) is used to achieve this goal. Also، system states are estimated using extended Kalman-Bucy filter (EKBF). Finally، proposed guidance law (PN Backstepping (PNB)) is compared with augmented proportional navigation guidance (APNG) law. Simulation results indicatethat PNB law has far better performancecompared to APNG law.
    Keywords: Proportional Navigation, Backstepping, Genetic, Guidance, Missile
  • Page 49
    The purpose of this article is to develop a fast algorithm applicable in trajectory planning for UAVs. The proposed new algorithm plans a smooth path with continuous curvature through the predefined waypoints in 2-D space. This algorithm forms a G^2continuous trajectory Dubins-based path that replaces the Dubins line with Béziercurve with length close to an optimum. Continuous curvatureproperty in this new trajectory،unlike the Dubins path،prevents the sudden change in lateral acceleration in an airplane that is tracking this trajectory. Obtained algorithm is based on analytical solutions so it could have real time applications andhence،it could be capable of re-planning thetrajectoryduring flight for the guidance of UAVs in any kind of mission.
    Keywords: Smooth Path Planning, Bézier Curve, Dubins Path, Continuous Curvature Trajectory
  • Page 65
    One of the difficulties toward analyzing complex structures is loading phenomena and determining the constraints due to the boundary conditions. Although in aerodynamic loading،applying distributed load is an appropriate approach، in case of being simultaneous with inertia loading، the simulation process can be extremely difficult and near impossible. This article is an attempt to introduce a new method for simultaneous aerodynamic and inertia loading on aircraft finite element model using genetic and mapping approach. To this end، the equivalent aerodynamic and inertia load have been regarded as an unspecified pressure distribution. Furthermore، the surfaces under study were divided into bands in which the amount of pressure was considered as the optimizing variable. The objective function has been chosen in a mannerso that it could satisfy the required lift and drag forces as well as the torque resulted from these forces. One of the merits of this method is that the pressure would be distributed on the surface geometry، and even in case of change in the elements، there is no need to reapply the loading. To ensure the validity of this method، we conducted it on the finite element of the wing and the fuselage of a sample aircraft which led to satisfactory results. The resultsconfirm the accuracy and efficiency of this method.
    Keywords: Loading, Genetic Algorithm, Finite Element, Aerodynamics, Mapping
  • Page 75
    The Plasma Actuators (Dielectric Barrier Discharges) are strong tools for active flow and boundary layercontrol that cause to postpone the location of separation point on control surfaces which recently have been a focus point for aerospace scientists and engineers. In first stages، standard structure of DBD (include one-particle encapsulated electrode) was used in researches، but recently a new structure which include a three particles encapsulated electrode is employed. Encapsulated three-particle electrodes cause to recover the body force of plasma actuator and increase the induced velocity، significantly. In this paper by Electro-Static Lumped-element numerical method is applied and validated. Then، the three-particle and one-particle plasma actuators are used for NACA0012 and NACA0015 airfoils. It is numerically shownthat the separation point displaces back and the pressure distribution is changed favorablyusing DBD. It is also found that the effectiveness of three-particle structure is considerably higher than the standard structure. This research was performed at Rec=1. 0 x106 and the plasma actuator simulated for high voltage AC power supply up to 14kV_ (p-p) with 10 kHz frequency in steady state condition.
    Keywords: Active Flow Control, Plasma Actuator, Electro, Static Lumped, Element, NACA0012, NACA0015
  • Page 95
    An accurate calibration of inertial sensors، loses its validity over time. In this paper، a practical method is proposed to compensate the modeling error of a strapdown inertial navigation system (INS) in order to resolve the requirement for re-calibration. Since strapdown INS needs a specific turntable for its calibration، this method improves the availability of flying object that equipped with strapdown INS. In this process، using the Earth’s gravity and rotation rate، deviation of calibration coefficients will be compensated. To verify effectiveness of suggested method، three different tests are performed، and it is proved that the proposed technique decreases the part of navigation error that is related to calibration deviation.
    Keywords: Inertial Navigation, Strapdown System, Calibration, Error Compensation