فهرست مطالب

دانش و فناوری هوافضا - سال سوم شماره 1 (بهار و تابستان 1393)

نشریه دانش و فناوری هوافضا
سال سوم شماره 1 (بهار و تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/05/09
  • تعداد عناوین: 7
|
  • فرهاد صمدزادگان، معصومه حمیدی صفحات 3-16
    ردیاب های ستاره، به عنوان نمونه ای از سنجنده های مبتنی بر مشاهدات سماوی، با هدف تعیین وضعیت دقیق و مطلق سکوهای حامل آنها طراحی شده اند. تحقیق حاضر، الگوریتم های استاندارد مورد استفاده در ردیاب ستاره را به گونه ای بهبود خواهد داد که با بهره گیری از مشاهدات میل سنج و زمان سنج دقیق، علاوه بر اطلاعات وضعیتی سکو، موقعیت محلی و نیز آزیموت آن را در لحظه اخذ تصویر برآورد نماید. به منظور بررسی و ارزیابی روش پیشنهادی، یک سامانه شبیه ساز و پردازش مشاهدات سماوی طراحی و پیاده سازی گردید. سامانه توسعه یافته، همچنین قادر است تا از طریق شبیه سازی شرایط واقعی، یک دید اولیه مناسب از نتایج قابل حصول پیش از تست های میدانی ارائه کند و از این طریق، امکان برنامه ریزی و پیش کاوی ماموریت را فراهم آورد. با بهره گیری از سامانه توسعه یافته، آنالیزهای مختلفی بر روی صحت الگوریتم ها و نیز وابستگی دقت تعیین موقعیت به پارامترهای مختلف صورت پذیرفته و نتایج حاصل به صورت گرافیکی و عددی ارائه گردید. نتایج به دست آمده از تحقیق، قابلیت استفاده از آن را برای اهداف ناوبری به عنوان جایگزین کارایی برای GPSدر زمان عدم دسترسی به آن و همچنین تقویت دوره ای سیستم های ناوبری اینرسی تایید می نماید.
    کلیدواژگان: ردیاب ستاره، ناوبری سماوی، فضای اینرسی، تعیین موقعیت، تعییین وضعیت
  • امیر صیادی، ابولفتح نیک رنجبر، علی محمودی صفحات 17-28
    تعلیم خلبان ماهر در صنعت هوایی اهمیت ویژه ای دارد. این امر در شرایط واقعی به علت هزینه بالا و ملاحظات ایمنی، با موانع جدی روبرو است. فراهم کردن شرایط آموزش پرواز کم هزینه، کارآمد و تکرارپذیر، گستره تحقیقاتی وسیعی یافته است. سامانه شبیه ساز پرواز با هدف ایجاد حس شرایط پرواز واقعی برای خلبان، از جمله وسایل آموزش نیروی انسانی ماهر در صنعت هوایی است. طراحی الگوریتم حرکت ساز سامانه شبیه ساز از مسائل چالش برانگیز در طراحی شبیه ساز پرواز می باشد. الگوریتم با دریافت شتاب های خطی و سرعت های زاویه ای هواپیما به عنوان ورودی، وظیفه دارد خروجی های مناسب عملگرها را به گونه ای محاسبه کند که حرکت های نامحدود هواپیما به حرکت های محدود شبیه ساز پرواز در فضای کاری آن تبدیل شود و تا حد امکان حس حرکتی خلبان داخل هواپیما را ایجاد نماید. در این تحقیق هدف توسعه الگوریتم بهینه حرکتی شبیه ساز پرواز شش درجه آزادی با محوریت استفاده حداکثری از فضای کاری سامانه حرکتی در تولید حرکت های مورد نیاز می باشد. بدین منظور از سیستم مکمل فازی جهت القای حس حرکتی مناسب تر بهره برده می شود. مقایسه نتایج حاصل از الگوریتم حرکت ساز مرسوم بهینه با الگوریتم توسعه یافته بهینه با سیستم جبران ساز مکمل فازی، بهبود مشهودی را در جهت ایجاد حس حرکتی با حرکت های محدودتر عملگرها نشان می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم حرکت ساز، شبیه ساز پرواز، سکوی استوارت، کنترل بهینه، کنترل فازی
  • جمال زمانی، محمدحسین بنویدی، مهدی آقایی، محمدوهاب موسوی صفحات 29-36
    در این مقاله رفتار پلاستیک پوسته مخروطی جدار نازک تحت فشار استاتیک داخلی، به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. برای ساده سازی روابط، از برآیند تنش در راستای یال مخروط صرف نظر شده و از مدل صلب-پلاستیک کامل برای رفتار مادی سازه استفاده شده است. با استفاده از سطح تسلیم مستطیلی معمول و تقسیم بندی مسئله به مخروط کوتاه و بلند و به دست آوردن محدوده آنها، مقدار فشار استاتیک داخلی لازم برای شروع جریان پلاستیک در سازه محاسبه گردیده است. براساس نتایج به دست آمده از این پژوهش می توان زوایای راس خاصی را مشاهده کرد که در آن ها فشار فروریزش بیشینه می شود. همچنین به ازای زوایای نزدیک به صفر و 90 درجه، جواب ها به ترتیب به نتایج استوانه و ورق دایروی تحت فشار یکنواخت همگرا می شود. علاوه بر آن، مسئله با توجه به نسبت شعاع بزرگ مخروط به ضخامت آن و همچنین برای حالت های مختلف مخروط بلند و کوتاه حل و نتایج با یکدیگر مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: پوسته مخروطی، فروریزش پلاستیک، فشار داخلی استاتیک، مدل صلب، کاملا پلاستیک
  • کرامت ملک زاده فرد صفحات 37-48
    در تحقیق حاضر، ارتعاشات آزاد تیر ساندویچی ضخیم با هسته انعطاف پذیر به روش سفتی دینامیکی و با استفاده از تئوری برشی مرتبه بالا مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا معادلات حاکم بر حرکت برای یک المان تیرساندویچی با استفاده از اصل همیلتون و جواب تحلیلی این معادلات به صورت حل صریح و بسته تعیین می شود. پس از اعمال شرایط مرزی المان، ماتریس سفتی دینامیکی المان به دست می آید و در نهایت با اعمال شرایط مرزی دو سر تیر ماتریس سفتی دینامیکی تیر تعیین می شود. با استفاده از تکنیک های محاسباتی و الگوریتم معروف ویتریک-ویلیامز، فرکانس های طبیعی مربوط به ارتعاشات آزاد تیر تعیین می شود. برای مثال های عددی، در نهایت چند مثال عددی با استفاده از روش های تحلیلی و سفتی دینامیکی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. برای صحه گذاری، نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج حاصل از روش های المان محدود و حل دقیق مقایسه شد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، سفتی دینامیکی، تیر ساندویچی، هسته
  • مصطفی جعفری، علیرضا طلوعی، سجاد قاسملو، حمید پرهیزکار صفحات 49-60
    در این مقاله یک کد نرم افزاری برای شبیه سازی همزمان دینامیک و آیرودینامیک بوسترهای جانبی مقید، از ماهواره بر ارائه گردیده است. این کد، شامل یک محیط اصلی می باشد که دو زیرسیستم دینامیک و آیرودینامیک را به صورت همزمان به یکدیگر متصل می کند. قسمت اول شامل یک حل کننده شش درجه آزادی دینامیک چند جسمی و قسمت دوم حاوی یک حل کننده عددی وابسته به زمان جریان اولر می باشد که از یک الگوریتم به روز رسانی شبکه متحرک برای تطبیق حرکت جسم در میدان محاسباتی گسسته، به صورت خودکار استفاده می کند. نحوه ارتباط دو حل کننده دینامیک و آیرودینامیک به گونه ای است که نرم افزار تولیدی قابلیت شبیه سازی جدایش چند جسم را با مدل سازی کامل مکانیزم های جدایش مانند فنرهای جدایش، تراسترها، مفاصل و غیره در حضور اثرات آیرودینامیک جریان دارا می باشد. تحلیل گر جریان با کمک نتایج تست تونل باد بر روی ماهواره بر تیتان4 صحت سنجی شده و بیانگر دقت آن می باشد. در پایان، شبیه سازی جدایش برای یک ماهواره بر نمونه با دو بوستر جانبی و با به کارگیری سیستم جدایش فنری و اتصالات مفصلی در اتمسفر غلیظ ارائه شده است. ویژگی روش ارائه شده در این تحقیق، امکان مدل سازی دقیق مکانیزم های دینامیک جدایش در حضور آیرودینامیک ناپایا، می باشد.این امر که به عنوان نمونه، با مدل سازی مفاصل و جدایش آنها در حضور آیرودینامیک ناپایا به اثبات رسیده، از نوآوری های کار حاضر می باشد.
    کلیدواژگان: ماهواره بر، بوسترهای جانبی، جدایش، شبیه سازی همزمان دینامیک و آیرودینامیک
  • مهدی یادگاری، سید آرش سید شمس طالقانی صفحات 61-71
    تشکیل شوک ناشی از تراکم پذیری جریان بر روی سطح اجسام پرنده و تداخل این شوک با لایه مرزی باعث اثرات نامطلوبی مانند افزایش پسا و جدایش جریان می شود. در گذشته روش های مختلفی برای کاهش این اثرات از جمله، مولدهای گردابه، مکش سطح، دمش از سطح و.. پیشنهاد شده است. در این مقاله به بررسی عددی استفاده از روش ساختارهای متخلخل در کنترل و کاهش اثرات شوک پرداخته می شود. ساختارهای متخلخل با مکانیزم افزایش سطح عبور جریان و با ترکیب مکش و دمش باعث کاهش اثرات شوک می شوند. روش حل عددی در این مقاله روش حجم محدود، معادلات حل عددی معادلات ناویراستوکس و مدل هندسی ایرفویل NACA0012 می باشد. حل جریان به صورت آشفته و پایا در محدوده جریان گذرصوتی می باشد. نتایج به دست آمده در این مقاله نشان می دهد با کاهش اثرات شوک وکاهش پسای موجی، ضریب پسای کل با استفاده از سطح متخلخل حدود 20 درصد و با استفاده از محیط متخلخل در حدود 16 درصد کاهش می یابد. شوک تضعیف شده به نواحی بالادست ایرفویل و ابتدای سطح متخلخل منتقل شده و عدد ماخ پشت شوک با استفاده از سطح متخلخل از مقدار 39/1 به 24/1 کاهش پیدا کرده است. با کاهش اثرات تداخل شوک و لایه مرزی حباب جدایش نیز از 58/0 وتر ایرفویل به 78/0 تعویق پیدا می کند.
    کلیدواژگان: ساختار متخلخل، کنترل جریان، کنترل شوک
  • مهران نصرت الهی، مهدی هاشم آبادی صفحات 72-81
    در این تحقیق، موشک های دارای بالک های شبکه ای بررسی و ضرایب آیرودینامیکی این موشک ها تعیین شد. همچنین اثر تغییر ارتفاع بالک بر روی عملکرد موشک مورد ارزیابی قرار گرفت. برای تحلیل از دینامیک سیالات محاسباتی لزج استفاده شده است. امروزه با پیشرفت الگوریتم های عددی و افزایش سرعت کامپیوترها یکی از مناسب ترین روش های تحلیل، دینامیک سیالات محاسباتی است که دقت بسیار بالایی نیز دارد. به همین دلیل در ابتدا به مطالعه و بررسی این بالک ها پرداخته شده و سپس بالکی با دهانه های مختلف مورد تحلیل قرار گرفته تا تاثیر دهانه بالک از لحاظ عملکردی مورد بررسی قرار گیرد. در نهایت دو بالک انتخابی روی موشک کامل قرار گرفته و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی روی کل موشک در ماخ ها و زاویه حمله های متفاوت انجام شده است. در ادامه ضرایب آیرودینامیکی موشک محاسبه شده و کلیه خصوصیات میدان حل اطراف موشک در اختیار قرار می گیرد. برای اعتبارسنجی نتایج نیز، داده های به دست آمده با داده های تجربی مقایسه شده اند که نتایج بیانگر دقت خوب این تحلیل می باشد.
    کلیدواژگان: آیرودینامیک موشک، بالک شبکه ای، دینامیک سیالات محاسباتی، دهانه بالک
|
  • Farhad Samadzadegan, Masoomeh Hamidi Pages 3-16
    Star trackers as an example of celestial based sensors are specifically designed to perform accurate and absolute attitude determination. This requires us to measure the camera optical axis with respect to the local direction of the gravity and to have knowledge of time. This paper modifies the standard algorithms are implemented in star trackers so that they can estimate the local coordinates of the platform as well as the azimuth along with attitude data using observations from an accurate tilt meter and a clock. In order to validate our proposed method، different tests have been performed using developed simulator system. Results of the research described that proposed method has the capability of implementing in navigation purposes as an efficient alternative for GPS when it is not available and also periodic augmentation of Inertial Navigation Systems.
  • Amir Sayadi, Abolfath Nikranjbar, Ali Mahmoodi Pages 17-28
    Skilled pilot training in aviation industry is of great importance. This in real terms due to high costs and safety considerations، is facing with serious obstacles. Thus providing low cost، efficient and repeatable flight training conditions attracted a broad range of researches. Flight simulators are such devices for training the skilled pilots. These tools aim to provide the same feeling of real flying for pilots، and give the opportunity to pilot to react under terms of the flight conditions. Motion cueing design algorithm is of the salient challenges in the design of these devices. The algorithm receives the linear acceleration and angular velocity of the real flight as the inputs and is due to calculate the appropriate movements of the actuators such that the infinite plane motions to get constricted to finite motions in the limited work space of the flight simulator. This has to be done in a way that the pilot in flight simulator feels as could as the same sense of motion of the pilot in aircraft. The authors aim to develop an optimal motion cueing algorithm for 6 DoF flight simulator with fuzzy compensated system specially focusing on the maximum use of workspace of the simulator to obtain more appropriate sense of motion. Comparing the results of the proposed fuzzy compensated and the conventional optimal motion cueing algorithms، shows an evident improvements in terms of smaller movements of actuators while achieving more appropriate motions of the flight simulator.
  • Jamal Zamani, Mohammad Hossein Benvidi, Mehdi Aghaei, Mohammad Vahab Mousavi Pages 29-36
    In this paper، plastic behavior of thin-walled conical shell under static internal pressure has been investigated analytically. In order to simplification، stress resultant along the slant of cone has been neglected and rigid-perfectly plastic model is used for material behavior. Common rectangular surface has been used as yielding criterion. According to present approach، cones are categorized into «long» and «short» based on their geometry. For each case، required pressure for initiation of plastic flow is formulated and is named collapse pressure. Maximum collapse pressure occurs at specific angle. The results coincide with collapse pressures of cylinder and circular plate at angels near 0º and 90º، respectively. The results have been depicted for various ratios of the larger radius of cone to the thickness. The differences between long and short cone have been distinguished.
  • Karamat Malekzadeh Fard Pages 37-48
    In this paper، free vibration of the thick sandwich beams with flexible cores is investigated using the dynamic stiffness method and a new higher order theory. First the governing partial differential equations of motion for one element are derived using Hamilton’s principle. Closed form analytical solution of these equations is determined. After applying the effect of boundary condition of the element on the obtained equations، the element dynamic stiffness matrix is developed. These matrices are assembled and the boundary conditions of the beam are applied، so that the dynamic stiffness matrix of the beam is derived. Natural frequencies and mode shapes are computed by the use of numerical techniques and the well-known Wittrick–Williams algorithm. Finally، some numerical examples are discussed using the dynamic stiffness method and the analytical formulation. For verification of the present model، the obtained results are compared with the latest exact analytical and approximate finite element results.
  • Mostafa Jafari, Ali Reza Toloei, Sajad Ghasemlu, Hamid Parhizkar Pages 49-60
    A numerical dynamic-aerodynamic interface code for the separation dynamics simulation of constra­in­ed strap-on boosters jettisoned in the atmosphere is presented. This code includes a main environme­nt which connects both dynamic and aerodynamic subsystems together at one time. The first part، consists of a 6-DOF multi body dynamic solver and the second part، contains a numeric­al aerodynamic flow solver، which is automatically used the dynamic mesh updating algorithm for adaption of the body motion in the discrete computa­tion­al field. The relationship between dynamic and aero­dyn­a­m­i­c solver is such that the resultant separation software، can simulates mult­­i body separation with complete mechanisms such as springs separation، Thrusters، joints، etc، in the presence of the aero­dyna­mic effects. The flow solver is validated by the Titan-IV launch vehicle experimental data. After all، this method is used in simulation of strap-on booster separation for a typical launch vehicle with use of spring separation system and constraint joints in presence of aerodynamic effects and without them. Hence the aim of presented interface is to facilitate integration of complicated separation mechanisms simulation with a full numerical CFD aerody­n­a­m­ic solver.
  • Mehdi Yadegari, Seyed Arash Seyed Shamstaleghani Pages 61-71
    Shock formation on the surface of flying objects due flow compressibility and its interaction with boundary layer cause undesirable effects such as drag increment and flow separation. Various methods for reducing the effects have been suggested in the past like vortex generators، suction & blowing، and etc. This paper investigates numerically using of porous media for flow control and decreasing the shock effects. Porous media by increasing flow cross section and by combination suction & blowing reduces these undesirable effects. The numerical method is finite volume، the equations are Navier-Stokes and the geometric model is NACA0012 airfoil. The flow is assumed to be turbulent and steady in transonic regime. In addition، the geometrical modeling of porous media is validated in this paper. Results show that by decreasing the shock wave effects and consequently wave drag decrement، total drag coefficient decrease 20% and 16% using porous surface and porous media، respectively. The weaken shock is moved to the upstream and Mach number behind the shock decrease from 1. 34 to 1. 29. By decreasing the shock-boundary layer interaction effects، separation bubble is postponed from 0. 58 to 0. 78 chord length.
  • Mehran Nosratollahi, Mehdi Hashem Abadi Pages 72-81
    In this paper، the main goals are investigation of missile with grid fins، determination of aerodynamics coefficient and calculation of fin span effects on performance of missile. We solved Navier-Stokes equations for achieving of them. Nowadays، with improvement of numerical algorithms and speeding up of computers processors، CFD is one of the most convenient and high accuracy methods for analysis. The first، we introduce the grid fins and then analyze a fin with different span to investigation of fin span effect on performance of missile. Finally، we mount two grid fins on missile body and carry out CFD calculations on total missile at different Mach and angle of attack to compute the flow field and aerodynamics coefficient for a missile with grid fins. The results have been validated by comparing the computed aerodynamic coefficients for the missile and individual grid fins against wind tunnel measurement data. Very good agreement with the measured data was observed for all investigated configurations.