فهرست مطالب

علوم و فناوری های پدافند نوین - سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 48، تابستان 1401)

مجله علوم و فناوری های پدافند نوین
سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 48، تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مصطفی گلرخ جوبنی، آرش دهستانی کلاگر*، محمدرضا علیزاده پهلوانی صفحات 65-77

    در این مقاله به شبیه سازی مبدل ماتریسی با ساختار مستقیم و تحلیل حرارتی ادوات حفاظتی آن پرداخته می شود. امروزه، با توجه به پیشرفت فناوری در حوزه مبدل های الکترونیک قدرت، مبدل های ماتریسی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند. این مبدل ها قابلیت های بسیاری داشته و در کاربردهای صنعتی و نظامی گوناگون همچون صنایع فضایی، هوایی، دریایی، حمل و نقل ریلی، سایت های نظامی مرزی جدا از شبکه و موارد مشابه استفاده می شوند. هدف اصلی در این مقاله، ارایه یک روند به منظور طراحی زیرسامانه های حفاظتی شامل فیلتر ورودی، مدارهای محافظ (اسنابر) و گرماگیر می باشد. فیلتر ورودی موجب کاهش ورود اغتشاشات از سمت مبدل به شبکه می گردد. از طرفی با توجه به کلیدزنی با فرکانس بالا، استفاده از مدارهای اسنابر در مبدل های ماتریسی الزامی می باشد. همچنین، ادوات قدرت نیاز به حفاظت حرارتی و گرماگیر جهت عملکرد طولانی مدت دارند. در این مقاله، موارد مذکور با استفاده از روابط و روندنمای پیشنهادی، برای یک مبدل ماتریسی با توان kW 3 مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از کاهش اعوجاجات هارمونیکی جریان ورودی در اثر استفاده از فیلتر ورودی طراحی شده و همچنین افزایش سرعت پاسخ پله سامانه به همراه کاهش خطای حالت ماندگار می باشد. همچنین، مدارهای اسنابر طراحی شده، توانایی کاهش 20 درصدی استرس ولتاژ بر روی کلیدها را داشته و در خصوص دفع حرارت نیز به کمک تحلیل به روش اجزای محدود، تاثیر گرماگیر طراحی شده در کاهش 60 درصدی استرس دمایی نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: مبدل ماتریسی، فیلتر هارمونیکی، مدارهای اسنابر، گرماگیر
  • امیر رضایی، شهرام نظریان*، سید میرلطیف موسوی گرگری، حسین سمیعی ابیانه، عماد کردبچه صفحات 79-87
    ویروس مسری SARS CoV_2 به سرعت در جهان شیوع پیدا کرد. این ویروس بیش از 550 میلیون نفر را در سراسر جهان آلوده کرده و منجر به مرگ حدود 7 میلیون نفر شده است. در سازوکار تهاجم ویروس، زیرواحد متصل شونده به گیرنده (RBD) از پروتیین Spike نقش مهمی در ورود ویروس به سلول میزبان دارد. در این مطالعه، با توجه به رویکردهای بیوانفورماتیکی، طراحی کاست، سازگاری کدون و پایداری پروتیین و درنهایت صحت سازه طراحی شده با بررسی بیان پروتیینی سنجیده شد. برای افزایش احتمال بیان کاست RBD، کدون های ژنی و پارامترهای مختلف بهینه شده و تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی ساختار mRNA برای افزایش ثبات انجام گردید. ساختار پروتیین سوم نیز پیش بینی شد و کیفیت ساختارها ارزیابی شدند. اپی توپ های خطی و فضایی تعیین شدند. پروتیین نوترکیب RBD بالاترین شاخص آنتی ژنی را نشان داد. شاخص سازگاری کدون پروتیین نوترکیب به 96/0 افزایش یافت. ساختار سوم پیش بینی شده بر اساس سرور I_TASSER کیفیت خوبی را نشان داد. تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی ساختار mRNA نشان داد که ساختار پیش بینی شده پایدار است و اپی توپ های تطبیقی و خطی در هر سه حوزه پروتیین نوترکیب مشاهده شده است. سپس سازه مورد نظر در میزبان باکتریایی بیان شد. نتایج ایمونوانفورماتیکی و بیان نشان داد سازه نوترکیب طراحی شده آنتی ژنیسیته و پتانسیل تولید بالایی دارد و می می تواند به عنوان یک کاندید ایمونوژن علیه ویروس SARS CoV_2 در مطالعات بعدی استفاده شود.
    کلیدواژگان: کاندید واکسن، بیوانفورماتیک، RBD، پروتئین نوترکیب، SARS CoV، 2
  • جلیل مظلوم، حمید بیگدلی* صفحات 89-99
    سامانه تشخیص نفوذ (IDS) حجم عظیمی از داده ها را مدیریت می کند که شامل ویژگی های نامرتبط و زاید است که منجر به مصرف منابع قابل توجه، روندهای آموزش و آزمایش طولانی مدت و نرخ تشخیص پایین می شود. از این رو، انتخاب ویژگی یک گام مهم در تشخیص نفوذ در نظر گرفته شده است. هدف این پژوهش، معرفی یک راهبرد مبتنی بر اشتراک است که به طور بهینه ویژگی ها را برای طبقه بندی انتخاب می کند. این انتخاب ویژگی شامل اشتراک گیری از روش های اطلاعات متقابل بر اساس مدل انتقال (MIT-MIT)، آزمون F تحلیل واریانس و الگوریتم ژنتیک (GA) است. یک مجموعه داده معیار، به نام NSL-KDD، برای ارزیابی اثربخشی رویکرد پیشنهادی استفاده می شود. این مطالعه شامل صحت، دقت، یادآوری و امتیاز F1  به عنوان معیارهای ارزیابی برای IDS است که روش پیشنهادی را با طبقه بندی کننده های پیشرفته تحلیل می کند. نتایج ارزیابی تایید کرده است که الگوریتم انتخاب ویژگی ما ویژگی های ضروری تری را برای IDS جهت دستیابی به دقت بالا فراهم می نماید و از سایر الگوریتم های مقایسه ای برتری می جوید.
    کلیدواژگان: سامانه تشخیص نفوذ، انتخاب ویژگی، اطلاعات متقابل، آزمون F تحلیل واریانس، الگوریتم ژنتیک
  • هادی عزیزی منفرد*، محمد قنبری صباغ صفحات 101-112

    مولد خورشیدی در سامانه های مرتبط با پدافند نوین کابردهای زیادی دارد. یک نوع کاربرد مهم و اساسی این نوع مولد تامین انرژی پایدار برای سایت های مخابراتی و افزایش تاب آوری آن ها در هنگام حوادث و بحران های مختلف است. استفاده از مولد خورشیدی بهینه و کنترل شده تحت شرایط محیطی متغییر و در راستای افزایش تاب آوری سایت های مخابراتی از اهداف اصلی این تحقیق می باشد. بنابراین تحت شرایط دما و تابش متغیر نقطه حداکثر توان مشخصه مولد خورشیدی با هدف افزایش راندمان، ردیابی و کنترل می شود. در این تحقیق از روش برنامه نویسی پویا (DPM) با تلفیق الگوریتم ایجاد اغتشاش و مشاهده (P&O) و الگوریتم عددی معروف (نیوتن - رافسون) استفاده شده است. به روش برنامه نویسی پویا و بر اساس داده های به دست آمده از اندازه گیری تحت شرایط دما و تابش متغیر تحلیل انجام شده، سپس تصمیم هوشمند گرفته می شود. راندمان به دست آمده با کارهای تحقیقی دیگر مقایسه شده که مقدار راندمان  به دست آمده در این مقاله از همه بیشتر می باشد.کمیت ها و پارامترها به دو روش شبیه سازی با متلب و اندازه گیری عملی به دست آمده که به صورت نمودار و جدول ارایه شده اند. درصد خطای نسبی ردیابی نقطه حداکثر توان مشخصه مولد خورشیدی بسیار کوچک است.

    کلیدواژگان: تاب آوری سایت های مخابراتی، کنترل هوشمند مولد خورشیدی، افزایش راندمان، ردیابی نقطه حداکثر توان مولد
  • رضا اسلامی*، حمید ارلنی زاده صفحات 113-124
    با توجه به آنکه صنعت برق به عنوان زیرساخت سایر زیرساخت های کشور، اهمیت بالایی دارد، بنابراین یکی از اقداماتی که در جهت پدافند غیرعامل می توان به آن اشاره کرد، افزایش قابلیت اطمینان از عملکرد صحیح برنامه های حفاظتی در شبکه انتقال برق هست. یکی از این روش ها، استفاده از محدود کننده های جریان خطا (FCL) در شبکه انتقال است. در سامانه های قدرت، فواید فنی و اقتصادی به کارگیری FCL، به نوع، تعداد، مکان های نصب و پارامترهای بهینه محدود کننده ها وابسته است. در این مقاله تعداد، مکان و امپدانس FCLها در شبکه برای رسیدن به اهداف مختلفی از جمله کاهش سطح اتصال کوتاه تعیین می شود، سپس با استفاده از یک الگوریتم فرا ابتکاری به نام الگوریتم ترکیبی جستجوی گرانشی و ازدحام ذرات PSO-GSA کمترین تعداد محدود کننده ها به همراه مکان های نصب و پارامتر بهینه هر محدود کننده در دو مرحله محاسبه می شود. در ادامه الگوریتم فرا ابتکاری پیشنهادی با الگوریتم های ژنتیک، PSO و GSA مقایسه می گردد. مطالعات عددی که برای مقایسه الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ها GA، PSO و GSA انجام شد، نشان داده است که این الگوریتم به جای نصب تعداد بیشتر محدود کننده جریان خطا، با افزایش امپدانس آن به صورت بهینه ضمن کاهش هزینه کل نصب این تجهیزات عملکرد بهتری به لحاظ کاهش سطح اتصال کوتاه باس ها دارد و زودتر به نقطه بهینه همگرا می شود..
    کلیدواژگان: محدودکننده جریان خطا، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، الگوریتم جست و جوی گرانشی، کاهش سطح اتصال کوتاه، الگوریتم های بهینه-سازی GSA، PSO و GAGA
  • سعید زمانیان*، سید محمد صادق زاده صفحات 125-135

    یکی از عوامل اصلی در طراحی پهپادها و زیردریایی ها، انتخاب مناسب وسیله ذخیره سازی انرژی الکتریکی به عنوان منبع انرژی سامانه های پیشرانآن ها است. این مقاله مروری به فناوری های ذخیره سازی انرژی، اعم از باتری یا پیل سوختی که در صنایع پهبادی و زیردریایی قابل استفاده هستند، می پردازد. باتری ها به دلیل وزن و فضای اشغال کمتر کاربرد بیشتری در پهبادها دارند و می توانند به عنوان منبع تغذیه اصلی یا ثانویه عمل کنند. در میان ترکیبات شیمیایی مختلف، باتری های لیتیوم یون و پلیمر، به عنوان رایج ترین فناوری های باتری شناخته می شوند که چگالی انرژی بالاتری دارند. هر چند چگالی انرژی پیل های سوختی در مقایسه با باتری ها بسیار بیشتر بوده و مداومت و ارتفاع پروازی را افزایش می دهد ولی به علت قیمت و حجم زیاد، هنوز در صنعت پهبادی متداول نشده اند. همین ویژگی پیل های سوختی باعث شده است تا ازآن ها به عنوان منبع انرژی در فناوری پیشرانه مستقل از هوای زیردریایی ها استفاده شود. همچنین در خصوص پهبادها، تغییرات شدید دمایی می تواند موجب کاهش بازده عملکردی و طول عمر باتری و حتی پیل سوختی شود. برای افت دما که ناشی از افزایش ارتفاع پروازی است، عایق بندی باتری و برای افزایش دما که ناشی از جریان کشی بالا می باشد، سامانه های مدیریت حرارت ارایه شده است.

    کلیدواژگان: پهباد، زیردریایی، باتری، پیل سوختی، پیشرانه مستقل از هوا
|
  • Mostafa Golrokh Joubeni, Arash Dehestani Kolagar *, MohammadReza Alizadeh Pahlavani Pages 65-77

    In this paper, the simulation of a direct matrix converter and the thermal analysis of its protection devices are performed. Nowadays, due to the technological advances in the field of power electronic converters, matrix converters are receiving more and more attention. These converters have many capabilities and are used in various industrial and military applications such as the aerospace industry, offshore platforms, rail transport, borderline military sites, apart from the power grid and similar applications. The main purpose of this paper is to provide a procedure for designing protection subsystems including input filters, protection circuits (snubbers), and heat sinks. The input filter reduces the penetration of disturbances from the converter to the network. On the other hand, due to the high switching frequency, the use of snubber circuits in matrix converters is essential. Also, power circuit devices need thermal protection for long-term operation. In this paper, the aforementioned requirements have been studied using a proposed procedure for a 3 kW matrix converter. The results show the reduction of the input current harmonic distortion due to the performance of the input filter and also the improvement of the step response of the system while reducing the steady state error. Also, the designed snubber circuits have the ability to reduce the voltage stress on the switches by 20%. Moreover, through the finite element analysis, the effect of heat sink in reducing the thermal stress by 60% is demonstrated.

    Keywords: Matrix Converter, Harmonic Filter, Snubber Circuit, Heat sink
  • Amir Rezaiei, Shahram Nazarian *, Seyed Mir Latif Mousavi Gargari, Hossein Samiei Abianeh, Emad Kordbacheh Pages 79-87
    The contagious SARS virus CoV_2 spread rapidly around the world. The virus has infected more than 550 million people worldwide and killed about 7 million to date. Regarding the mechanism of infection, the receptor-binding domain (RBD) of the Spike protein plays an important role in the virus entry into the host cell. In this study, with a bioinformatics approach the cassette design, codon compatibility, protein stability and finally the structural accuracy (through examining the protein expression) were investigated. To increase the probability of RBD cassette expression, the gene codons and various parameters were optimized and the thermodynamic analysis of mRNA structure were performed to increase stability. The structure of the third protein was also predicted and the quality of the structures was evaluated. The linear and conformational B-cell epitopes were determined. The recombinant RBD protein showed the highest antigen index. The compatibility index of the recombinant protein codon increased to 0.96. The third predicted structure based on the I_TASSER server showed good quality. Thermodynamic analysis of the mRNA structure showed that the predicted structure is stable. The conformational and linear B-cell epitopes were observed in all three domains of the recombinant protein. Finally, the recombinant protein was expressed in a bacterial host. Immunoinformatics and expression results showed that the designed recombinant construct has a high antigenicity and production potential and can be considered as an immunogenic candidate against SARS CoV_2 virus in the future studies.
    Keywords: Vaccine candidate, Bioinformatics, RBD, Recombinant protein, SARS CoV, 2
  • Jalil Mazloum, Hamid Bigdeli * Pages 89-99
    The Intrusion detection system (IDS) manages a massive volume of data that comprises irrelevant and redundant features, leading to more significant resource consumption, long-time training and testing procedures, and lower detection rate. Hence, Feature selection is a crucial phase in intrusion detection. The aim of this paper is to introduce an intersection-based strategy that optimally selects the features for classification. This feature selection involves an intersection of simultaneous mutual information based on the transductive model (MIT-MIT), Anova F-value, and Genetic Algorithm (GA) methods. A benchmark dataset, named NSL-KDD, is applied to evaluate the effectiveness of the proposed approach. This study includes accuracy, precision, recall, and F1 score as evaluation metrics for IDS, which analyzes the proposed method with state-of-the-art classifiers. The evaluation results confirm that our feature selection algorithm provides more essential features for IDS to achieve high accuracy, overwhelming the other comparative algorithms.
    Keywords: Intrusion Detection System, feature selection, Mutual Information, Anova F-Test, genetic algorithm
  • Hadi Azizi-Monfared *, Mohamad Ghanbari Sabagh Pages 101-112

    Solar generators have many applications in the field of modern defense systems. An important and fundamental application of this type of generator is to provide sustainable energy for telecommunication sites as well as increase their resilience during various accidents and crises.  The use of optimal and controlled solar generators under variable environmental conditions in order to increase the resilience of telecommunication sites is one of the main objectives of this research. Therefore, under variable temperature and radiation conditions the maximum power point characteristic of the solar generator is tracked and controlled with the aim of increasing efficiency. In this research, the dynamic programming method (DPM) is used by combining the perturbation and observation (P&O) algorithm and the famous Newton-Raphson numerical algorithm. The analysis is performed by the dynamic programming method, based on the data obtained from the measurement under variable temperature and radiation conditions, and then an intelligent decision is made. The efficiency obtained in this article has been compared with the other research works and shown to be the highest. Quantities and parameters have been obtained through both MATLAB simulations and practical measurements, and presented in the form of figures and tables. The percentage of relative error in tracking the maximum power point characteristic of the solar generator is very small.

    Keywords: Resilience of Telecommunication Sites, Intelligent Control of Solar Generator, Increasing Efficiency, Maximum Power Point Traking of Generator
  • Reza Eslami *, Hamid Alanizadeh Pages 113-124
    Considering the high importance of the electricity industry as the infrastructure of other infrastructures of the country, increasing the reliability of the correct operation of the protection programs in the electricity transmission network is considered as one of the measures that can be mentioned in the direction of passive defense. One of these methods is the use of fault current limiters (FCL)  in the transmission network. In power systems, the technical and economic benefits of using FCL depend on the type, number, installation locations and optimal parameters of limiters. In the present study, the number, location and impedance of FCLs in the network are determined to achieve various goals such as reducing the short circuit level , then, the minimum number of limiters along with the installation locations and the optimal parameter of each limiter are calculated in two steps using a meta-heuristic algorithm, called the Hybrid Optimization algorithm (PSOGSA) (Combination of the Particle Swarm Optimization Algorithm (PSO) and Gravitational Search Algorithm (GSA)). In the following, the proposed meta-heuristic algorithm is compared with genetic algorithms, PSO and GSA. According to the results of the numerical studies conducted to compare the proposed algorithm with GA, PSO and GSA algorithms, the proposed hybrid algorithm instead of installing more fault current limiters, by increasing its impedance optimally while reducing the total cost of installing this equipment; has better performance in terms of reducing the short circuit level of buses and it converges to the optimal point faster..
    Keywords: Fault current limiter, particle swarm optimization algorithm, Gravitational Search Algorithm, short circuit level reduction, GSA, PSO, and GA Optimization Algorithms
  • Saeid Zamanian *, Seyed Mohammad Sadeghzadeh Pages 125-135

    One of the main factors in designing drones and submarines is the appropriate choice of an electrical energy storage device as the energy source of their propulsion systems. This review paper addresses the energy storage technologies, whether battery or fuel cell, applicable in drone and submarine industries. Batteries are widely used in drones due to their lower weight and occupation space and can act as a primary or secondary power supply. Among various chemical compounds, lithium-ion and lithium polymer batteries are the most common battery technologies with a higher energy density. Although the energy density of fuel cells is much higher than that of batteries and increases flight endurance and altitude, they are not yet common in the drone industry due to the high price and volume. This feature of fuel cells has led to their usage as an energy source in the air-independent propulsion technology of submarines. Also, extreme temperature variations for drones can reduce the efficiency and lifetime of batteries and even fuel cells. Battery insulation is provided for temperature drop due to an increase in altitude, and heat management systems are provided for temperature increase due to high current flow.

    Keywords: Drone, Submarine, Battery, Fuel Cell, Air-Independent Propulsion