فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال نوزدهم شماره 2 (پیاپی 72، تابستان 1402)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال نوزدهم شماره 2 (پیاپی 72، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/31
  • تعداد عناوین: 10
|
  • حجت طائی، صبا نیک سرشت، علیرضا بابایی صفحات 1-10

    در این مقاله هدف اصلی، به کارگیری رویکرد تخصیص کنترل، در نشست هواپیمای F/A-18 می باشد. برای این کار، از مدل غیرخطی سه درجه آزادی پرنده و برای طراحی سیستم کنترل پرواز طولی، از رویکرد تخصیص کنترل هوشمند مبتنی بر منطق فازی استفاده می شود. عملگر هایی که در فرآیند نشست هواپیما مشارکت دارند، زاویه بالابر و زاویه کنترل بردار رانش موتور هواپیما می باشند. با تخصیص سیگنال های کنترلی بین دو عملگر مزبور، هواپیما فرآیند کاهش ارتفاع را آغاز و درنهایت به سطح زمین می رسد. برای بهبود کارایی کنترل کننده فازی، کاهش تلاش کنترلی و بالا بردن میزان دقت و کیفیت فرود هواپیما، از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک مبتنی بر روش NSGA-II استفاده می شود و پارامترهای کنترل کننده فازی اصلاح می گردند. نتایج به دست آمده از شبیه سازی، نشان می دهد که رویکرد تخصیص کنترل پیشنهادی، از توانایی بالایی برای کنترل و پایداری هواپیما در فرآیند فرود برخوردار است. هم چنین متغیرهای خروجی ، به مقدار مطلوبی همگرا می گردند و هواپیما با دقت مناسب و تلاش کنترلی کم، فرآیند نشست را به انجام می رساند.

    کلیدواژگان: فرود خودکار هواپیما، تخصیص کنترل، منطق فازی، بهینه سازی چندهدفه، الگوریتم ژنتیک
  • هادی محمدی هویه، علیرضا نداف اسکوئی، توحید میرزابابای مستوفی، خداداد واحدی صفحات 11-23

    در این تحقیق به بررسی حل تجربی و عددی پنل های ساندویچی  ST37با هسته موجدار ذوزنقه ای شکل تحت انفجار مایل پرداخته شده است. هسته پنل باضخامت ورق 7/0 میلی متر به کمک عملیات خم کاری و ورق های رویی و پشتی به ضخامت 1 میلی متر و طول و عرض 270 میلی متر تهیه گردیده است. به منظور انجام انفجار مایل، لوله های انفجاری در زوایای صفر (موازی پنل هدف)، 15، 30 و 45 درجه نسبت به پنل هدف بافاصله استقرار خرج ثابت 300 میلی متر تهیه گردیده است. از ماده منفجرهC4  با جرم ثابت 10 گرم در پروسه های انفجار استفاده گردیده است. در ادامه به کمک نرم افزار تجاری آباکوس و با استفاده از تکنیک کوپل اویلری - لاگرانژی به حل عددی مسیله پرداخته شده است. با مقایسه نتایج حل عددی و تجربی قرابت مناسبی بین آن ها مشاهده می گردد. نتایج نشان می دهد که با افزایش زاویه شیب خرج نسبت به پنل هدف از صفر تا 45 درجه، مقادیر تغییرشکل نقطه میانی، کاهش می یابد. در جرم خرج های بزرگ تر، این کاهش تغییرشکل نسبت به جرم خرج های کوچک تر بیشتر خواهد بود. همچنین به دلیل هدایت بخش زیادی از موج انفجار به خارج از لوله انفجاری میزان انرژی مستهلک شده پلاستیک برای جرم خرج با زاویه 45 درجه کاهش قابل توجهی نسبت به سایر زاویه ها دارد.

    کلیدواژگان: هسته موجدار، پنل ساندویچی، انفجار مایل، روش کوپل اویلری-لاگرانژی
  • محمد حاجی پور، عرفان میرشکاری، شهرام شهرویی صفحات 25-39

    در این مطالعه از روش المان محدود برای شبیه سازی پاشش حرارتی میکرو ذرات استلایت-6 روی زیرلایه فولادی استفاده شده است. اثر اندازه ذرات، دمای پیش گرمایش زیرلایه و زاویه پاشش بر روی پارامترهای خروجی فرآیند ازجمله تنش، کرنش پلاستیک معادل، عمق نفوذ و توزیع دما بررسی شده اند. از طراحی آزمایش ها برای تعیین تعداد شبیه سازی ها و ترکیب پارامترهای ورودی استفاده شده است. برای بررسی رابطه بین پارامترهای ورودی و خروجی، روش سطح پاسخ مورداستفاده قرارگرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عمق نفوذ به عنوان عامل اصلی موثر بر استحکام پیوند، به شدت به اندازه ذرات وابسته است. همچنین زاویه پاشش به عنوان یک پارامتر مهم و تاثیرگذار بر روی عمق نفوذ شناسایی می شود. از سوی دیگر، دمای پیش گرمایش زیرلایه تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی نتایج ندارد. بر اساس نتایج شبیه سازی، مشاهده می شود که عمق نفوذ با افزایش اندازه ذرات و همچنین زاویه پاشش افزایش یافته و در زاویه پاشش 90 درجه، به حداکثر مقدار خود می رسد.

    کلیدواژگان: پاشش حرارتی، المان محدود، استلایت-6، کرنش پلاستیک معادل، روش سطح پاسخ
  • میلاد یزدان پناه، علیرضا ناطقی صفحات 41-55

    ارتعاشات کوچک (Shimmy)، ارتعاشات جانبی و پیچشی در چرخ هواپیما است که خود را تحریک می کند؛ و باعث بی ثباتی در عملکردهای سریع می شود؛ که می تواند به تجهیزات فرود هواپیما و بدنه آن و همچنین، در هواپیماهای تجاری، به مسافران آسیب برساند. بنابراین، کنترل و میرایی این ارتعاشات بسیار مهم تلقی می گردد. بدین منظور، پژوهش حاضر، به طراحی یک کنترل کننده با استفاده از روش عصبی نوعNARMA-L2 جهت جلوگیری از ارتعاشات کوچک در ارابه فرود هواپیما پرداخته است. کنترل کننده یاد شده توانایی بالایی در برابر عدم قطعیت های پارامتری و اغتشاشات خارجی دارد. برای بررسی عملکرد کنترلر پیشنهادی، پاسخ ارتعاشی سیستم توسط نرم افزار MATLAB شبیه سازی شده و کارایی آن با مقایسه نتایج به دست آمده از کنترلرهای گشتاور محاسبه شده مقاوم (RCTM) و تناسبی، انتگرال گیر، مشتق گیر (PID) سنجیده شد. نتایج بدست آمده، نمایانگر بهبود قابل ملاحظه ای در عملکرد سیستم حلقه بسته با کاهش موثر ارتعاشات در نتیجه استفاده از کنترل کننده پیشنهادی می باشد.

    کلیدواژگان: کنترلر عصبی، NARMA L-2، کنترل فعال، نوسانات سیستم تعلیق، هواپیما
  • محمد صالحی، جمال زمانی اشنی، سیاوش مویدی مانیزانی صفحات 57-68

    روش های ساخت افزایشی به عنوان نوین ترین فرآیندهای ساخت قطعات در حوزه های پزشکی و صنعت در سال های گذشته، پیشرفت شایانی نموده اند. از بین روش های موجود، یکی از پرکاربردترین روش های پایه پلیمری، پردازش دیجیتال نوری (DLP) </strong>با بهره گیری از غشاءهای انعطاف پذیر است. از چالش های اصلی ساخت قطعات پلیمری لایه به لایه و بدون لایه، صحت ابعادی در راستای محور عمودی و صفحه ای قطعات چاپ شده است. در این مقاله با استفاده از سامانه طراحی و ساخته شده و با بهره گیری از سه غشاء انعطاف پذیر اتیلن پروپیلن فلویورینه باضخامت های مختلف و رزین های Provision و Anycubic، به بررسی و تحلیل تجربی تاثیر  نحوه کالیبراسیون و فاصله اولیه بر روی صحت ابعادی قطعات چاپ شده درروش DLP پرداخته شده است. با بررسی نیروهای فشاری متاثر از فاصله اولیه، مشاهده گردید که با افزایش نیروی فشار هنگام تعیین فاصله اولیه، در غشاءهایی به ضخامت های 100، 150 و 200 میکرون، در هر دو رزین، با کاهش 17/5% - 34/1%  ضخامت قطعه همراه بوده که با قرارگیری در فاصله اولیه بهینه، می توان خطای حاصله را به مقدار قابل توجهی کاهش داد. همچنین کاهش ضخامت غشاء انعطاف </strong>پذیر، رابطه مستقیمی با افزایش صحت ابعادی در قطعات چاپ </strong>شده، برای هر دو رزین مذکور، داشته است.

    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، پردازش دیجیتال نوری، نیروی فشاری فاصله اولیه، صحت ابعادی، لایه نخست
  • مهیار مدنی اصفهانی، سعید شمقدری، طالب عبدالهی صفحات 69-82

    در این مقاله، روند طراحی کنترل کننده پیش بین مقاوم مبتنی بر تیوب زیربهینه با کاربرد در کنترل وضعیت ماهواره ای با عملگر چرخ های عکس العملی بیان شده است. ماهواره ای که قصد کنترل وضعیت آن وجود دارد، اغتشاشات خارجی زیادی در فضا به آن وارد می شود؛ بنابراین، این طراحی در حضور اغتشاش خارجی نامعین و کران دار طراحی شده است. با توجه به اینکه اغتشاشات دارای محدوده مشخصی می باشد، امکان کنترل وضعیت ماهواره با استفاده از کنترل کننده پیش بین مقاوم مبتنی بر تیوب ممکن است. ازآنجایی که ماهواره که دارای سیستمی با دینامیک پیچیده است، چالش افزایش حجم محاسبات در هنگام محاسبه کوچک ترین مجموعه نامتغیر مثبت مقاوم به وجود می آید. چالش افزایش حجم محاسبات این مجموعه یا همان تیوب در سیستم های پیچیده همانند ماهواره، ناشی از تعداد متغیرهای حالت زیاد سیستم است. تعداد زیاد متغیرهای حالت سیستم باعث افزایش نمایی حجم محاسبات به دلیل تشکیل جمع های متعدد مینکوفسکی در محاسبه تیوب می شود. در راستای برطرف شدن این چالش، راهکار نوین کنترل کننده پیش بین مقاوم مبتنی بر تیوب زیربهینه ارایه شده است. این راهکار باعث توقف روند افزایش نمایی تعداد جمع های مینکوفسکی و درنتیجه کاهش حجم محاسبات تیوب می گردد. شبیه سازی برای سیستم موردنظر انجام شده که نشان دهنده کنترل وضعیت ماهواره ای با چرخ های عکس العملی با کاهش حجم محاسبات در هنگام طراحی کنترل کننده پیش بین مقاوم مبتنی بر تیوب زیربهینه است.

  • هادی قهرمان، محمود ابراهیمی، ابوذر اسحاقی اسکویی، محمد زادشکویان صفحات 83-94

    بررسی سازوکارهای ایجاد و رشد ترک و استخراج پارامترهای بحرانی شکست، از اهمیت ویژه ای در مواد مهندسی برخوردار است. ازاین رو مطالعه رفتار مکانیکی قطعات ترک دار تحت بار اعمالی طی فرایند تغییرشکل پلاستیک شدید اجتناب ناپذیر است. در پژوهش حاضر، رفتار مد یک شکست، خواص مکانیکی و ریزساختاری نمونه آلومینیم آلیاژی AA60601-T6 </strong>فرآوری شده با فرایند اصطکاکی-اغتشاشی موردمطالعه قرار گرفت. با استفاده از دستگاه فرز، فرایند مذکور تا یک پاس به کمک ابزاری از جنس فولاد گرم کار بر روی نمونه های آلومینیمی انجام گردیده و طی آن ناحیه اغتشاش باکیفیت مطلوب ایجاد شد. با توجه به نتایج آزمون کشش، استحکام تسلیم و کششی نمونه فرآوری شده به ترتیب به 39 و 37 درصد افزایش یافت. بر اساس نتایج آزمون خمش سه نقطه ای، چقرمگی شکست برای نمونه فرآوری شده برابر با MPa  86/10 به دست آمد که نشان دهنده 3/14 درصد افزایش نسبت به نمونه اولیه آنیل شده است. بر اساس نتایج متالوگرافی، متوسط اندازه دانه ها در نمونه های اولیه و فرآوری شده به ترتیب mm 35 و mm 15 اندازه گیری شد. لذا کاهش 57 درصدی اندازه دانه در نمونه فرآوری شده، با افزایش هم زمان استحکام و چقرمگی همراه است. بر این اساس، استفاده از روش اصطکاکی-اغتشاشی می تواند به طور قابل ملاحظه ای منجر به بهبود خواص مکانیکی و رفتار شکست آلومینیم شود.

    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیکی شدید، فرایند اصطکاکی-اغتشاشی، مکانیک شکست، چقرمگی شکست، رشد ترک
  • مجید شاطری، فرشاد ترابی صفحات 95-111

    پیل های سوختی غشاء پلیمری با عملکرد انتها بسته به عنوان گزینه ای مهم برای نیل به آینده ای پاک و مطمین ازنظر تامین انرژی در حوزه حمل ونقل و حتی کاربردهای نظامی و فضایی شناخته می شوند. بااین حال توسعه تجاری آن ها منوط به فایق آمدن بر معضل مدیریت آب می باشد که در حین عملکرد انتها بسته در آن ها انباشته می شود. در تحقیق حاضر به بررسی تجربی اثر انباشت تدریجی آب مایع در کاتد بر نمودار امپدانس پیل سوختی انتها بسته با استفاده از روش طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی پرداخته شد. علی رغم محدود بودن این روش به سیستم های پایا و ذات گذرای عملکرد انتها بسته، با اندازه گیری امپدانس هر فرکانس در یک بازه عملکرد جداگانه شرایط شبه پایا برای تست فراهم شد. علاوه بر این، اثر رطوبت نسبی، دمای کاری و فشار ورودی گازهای واکنش دهنده نیز بر امپدانس پیل سوختی انتها بسته بررسی شد. نتایج حاکی از وجود دایم مقدار زیادی آب در پیل سوختی در این نوع عملکرد می باشد که هرچند به مرطوب ماندن غشاء و کاهش مقاومت اهمی کمک می کند، اما انباشت تدریجی آن انتقال گازهای واکنش دهنده (خصوصا اکسیژن) را به لایه کاتالیستی با مشکل مواجه ساخته و به افزایش مقاومت انتقال جرم می انجامد. همچنین آب گرفتگی لایه کاتالیستی نیز منجر به افت سینتیک واکنش و درنتیجه افزایش مقاومت انتقال بار می شود؛ بنابراین لازم است با در نظر گرفتن آستانه ای برای مقدار مجاز مقاومت کلی سل، معیاری برای زمان باز کردن شیر تخلیه جهت جلوگیری از افت بیش ازاندازه ولتاژ تعریف نمود که موضوع گام بعدی این پژوهش است.

    کلیدواژگان: پیل سوختی غشاء پلیمری، عملکرد انتها بسته، انباشت آب مایع، طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی، بررسی تجربی
  • محمد نعمتی، محمد سفید صفحات 113-129

    هدف از این تحلیل عددی با استفاده از روش شبکه بولتزمن (LBM)، بررسی این مطلب است که با چه راهکارهای در دسترسی می توان مقدار انتقال حرارت و آنتروپی تولیدشده را کنترل کرد. به این منظور، انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانوسیال غیرنیوتنی تحت اثر میدان مغناطیسی درون محفظه مربعی حاوی دیواره رسانا مورد تحلیل قرارگرفته است. اگرچه میدان مغناطیسی و سرعت حرکت دیواره عمودی محفظه ثابت در نظر گرفته شده اند، نتایج نشان داد که با تغییر موقعیت اعمال این پارامترها مشخصات جریان و ویژگی های انتقال حرارت به وجود آمده به شدت تحت تاثیر قرار می گیرند. چنانچه میدان مغناطیسی ازنظر مکانی همانند با موقعیت اعمال سرعت اعمال شود، اثر افزایش عدد هارتمن در کاهش عدد ناسلت متوسط مشهودتر می شود. برای داشتن بیشترین مقدار عدد ناسلت، باید حرکت یک سوم بالایی دیواره موردتوجه باشد ولی بااین حال بیشترین تاثیرپذیری جریان سیال از میدان مغناطیسی به ازای حرکت یک سوم میانی دیواره مشاهده شد. با افزایش فاصله دیواره رسانا از دیواره متحرک، عدد ناسلت متوسط تا 5/1 برابر بیشتر می شود. با کاهش نسبت هدایت حرارتی از 10 به 5/0 به طور میانگین عدد ناسلت تا حدود 55 درصد کاهش می یابد. اگرچه قدرت جریان و عدد ناسلت رابطه معکوس با شاخص توانی دارد ولی با کسر حجمی نانو ذرات رابطه مستقیم دارد. مقدار آنتروپی تولیدشده، رابطه مستقیم/معکوس با عدد ریچاردسون/شاخص توانی سیال دارد.

  • علی نامور، سید محمدمهدی دهقان، حسین نورمحمدی، محمدعلی علیرضاپوری صفحات 131-143

    در این مقاله روشی برای بهبود عملکرد فیلترهای مکمل در سامانه مرجع سمت و تراز برای تخمین وضعیت در حرکت های شتاب دار ارایه شده است. هرچند فیلترهای مکمل موجود Madgwick</strong> و Mahony</strong> از مزایایی از قبیل حجم محاسباتی کم، پایداری در شرایط دینامیکی مختلف، موثر بودن در نرخ نمونه برداری پایین و سادگی در روند تنظیم پارامترها برخوردار هستند؛ لیکن در شرایطی که وسیله متحرک در معرض شتاب های غیر جاذبه ای قرار می گیرد، عملکرد نامناسبی از خود نشان می دهند. الگوریتم پیشنهادی بر اساس روش راه گزینی بر مبنای آستانه طراحی شده است و با تنظیم بهره فیلترهای مکمل متناسب با اندازه شتاب خارجی، باعث بهبود تخمین زوایا می گردد. در ادامه الگوریتم پیشنهادی با فیلتر کالمن توسعه یافته و سه نسخه تطبیقی آن مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی و ارزیابی روش پیشنهادی نشان دهنده دستیابی فیلترهای مکمل بهبودیافته به عملکرد بهتر در حرکت های شتاب دار نسبت به فیلترهای کالمن توسعه یافته تطبیقی در سامانه مرجع سمت و تراز است.

    کلیدواژگان: سامانه مرجع تراز و سمت، تخمین وضعیت، فیلتر مکمل، فیلتر مکمل بهبودیافته، فیلترکالمن توسعه یافته تطبیقی
|
  • Hojat Taei, Saba Nikseresht, Alireza Babaei Pages 1-10

    The main objective of this article is to apply the control allocation approach for the landing phase of the F/A-18 aircraft. For this purpose, the non-linear three-degree-of-freedom model of the aircraft is used, and the intelligent control allocation approach, based on fuzzy logic, is utilized to design the longitudinal flight control system. The actuators involved in the aircraft landing process are the elevator angle and the thrust vector control angle of the aircraft engine. By allocating control signals between the two mentioned actuators, the plane starts the process of lowering the height and finally reaches the ground level. To improve the efficiency of the fuzzy controller, reduce the control effort and increase the accuracy and quality of the landing, the genetic algorithm based on the NSGA-II method is used and the variables of the fuzzy controller are modified. The results obtained from the simulation show that the proposed control allocation approach has a high ability to control and stabilize the aircraft in the landing process. Also, the output variables converge to a desired value and the aircraft completes the landing process with proper accuracy and low control effort.

    Keywords: Automatic Landing of Aircraft, Control Allocation, Fuzzy Logic, Multiobjective Optimization, Genetic Algorithm
  • Hadi Mohammadi Hooyeh, Alireza Naddaf Oskouei, Tohid Mirzababaie Mostofi, Khodadad Vahedi Pages 11-23

    This study deals with experimental and numerical response of trapezoidal corrugated core sandwich panels made of ST37 subjected to oblique blast loading. Sandwich target plate is 270*270 mm that consist of front/ back plate with 1 mm and trapezoidal corrugated core with 0.7mm thickness. The experimental explosive was done at the end of four different blast tube with angle of 0°, 15°, 30° and 45°respect to sandwich target plate. The mass of explosive (C4) was 10g and the stand-off distance was constant at 300 mm. The results of numerical simulation, obtained using coupled Eulerian–Lagrangian (CEL) model at commercial ABAQUS/Explicit software. The results show good agreement between the numerical and the experimental values. The results show that with increasing angle of tilt from 0° up to 45°, the maximum displacement decreases. At the higher masses of explosive, this reduction in deformation will be greater than the lower masses of explosive. Also, due to directing a large part of the blast wave to out of the blast tube, the amount of plastic dissipation energy at the angle of 45 degrees is significantly reduced compared to other angles.

    Keywords: Corrugated core, Sandwich panels, Oblique blast loading, Coupled Eulerian&ndash, Lagrangian method
  • Mohammad Hajipour, Erfan Mirshekari, Shahram Shahrooi Pages 25-39

    In this study, finite element method is applied to simulate thermal spraying of Stellite-6 microparticles on steel substrate. The effects of particle size, substrate pre-heating temperature and spraying angle are investigated on the process output parameters including stress, equivalent plastic strain, penetration depth, and temperature distribution. The simulations are designed and performed based on the Design of Experiments (DOE). Response surface methodology (RSM) is used to explore the relationships between the input factors and responses. The simulation results revealed that penetration depth as the main factor, affecting the bonding strength of coating, is highly dependent on the particle size. Spraying angle is also found to be a significant and effective parameter on the penetration depth. On the other hand, the pre-heating temperature of the substrate is observed to have no substantial effect on the penetration depth.The depth of penetration increases with increasing the particle size and spraying angle, and reaches its maximum value in spraying angle of 90˚.

    Keywords: Thermal spraying, Finite element, Stellite-6, PEEQ, Response surface methodology
  • Milad Yazdanpanah, Alireza Nateghi Pages 41-55

    Small vibrations (Shimmy) are lateral and torsional vibrations in the aircraft wheel that excites itself and cause instability in fast functions; which can damage the aircraft's landing gear and its fuselage, as well as, in commercial aviation, this may harm passengers. Therefore, controlling and damping these vibrations is essential. For this purpose, the present study has designed a controller using the NARMA-L2 type neural method to prevent small vibrations in the aircraft's landing gear. The controller as mentioned above has a high capability against parameter uncertainties and external disturbances. To check the performance of the proposed controller, the vibration response of the system was simulated by MATLAB software, and its efficiency was measured by comparing the results obtained from RCTM and Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers. The obtained results show a significant improvement in the performance of the closed-loop system with an effective reduction of vibrations as a result of using the proposed controller.

    Keywords: Neural Controller, NARMA L-2, Active Control, Suspension Oscillations, Aircraft
  • Mohammad Salehi, Jamal Zamani Ashani, Siavash Moayedi Manizani Pages 57-68

    The additive manufacturing method, as the newest way of producing parts in medicinal and industrial fields, has made significant advancements in recent years. Among the existing methods, digital light processing (DLP) using flexible membranes is one of the most extensively utilized polymer-based approaches. Dimensional accuracy along the vertical and plane axis of the printed parts is one of the key issues in manufacturing polymer parts, both layer by layer and layerless. In this article, utilizing the system designed and manufactured in this faculty's laboratory, as well as three flexible fluorinated ethylene propylene membranes of varying thicknesses and Provision and Anycubic resins, the influence of the calibration technique and initial distance on the dimensional accuracy of printed parts in the DLP method have been investigated experimentally. By assessing the compressive forces caused by the initial distance, it was discovered that the compressive force increases when the initial distance was determined in membranes with thicknesses of 100, 150, and 200 microns in both resins, resulting in a 17.5% - 34.1% decrease of the part's thickness is caused by the fact that by positioning it at the appropriate initial distance, the resulting error can be greatly reduced. Furthermore, for both of the resins stated, reducing the thickness of the flexible membrane has a direct link with increasing the dimensional accuracy in the printed parts.

    Keywords: Additive manufacturing, Digital light processing, Initial distance, Dimensional accuracy, First layer
  • Mahyar Madani Esfahani, Saeed Shamaghdari, Taleb Abdollahi Pages 69-82

    In this paper, a satellite attitude control system with the reaction wheels based on suboptimal robust tube based model predictive control is designed. The satellite receives many external bounded disturbances in space. Due to the fact that disturbances have a specific range, it is possible to satellite attitude control by using a robust predictive controller based on a tube. But since the satellite has a system with complex dynamics, the challenge of increasing the volume of calculations arises when calculating the minimal Robust Positive Invariant set. The challenge of increasing the volume of calculations of this set (tube) in complex systems such as satellites is caused by the large number of state variables of the system. The large number of system state variables causes an exponential increase in the volume of calculations due to the formation of multiple Minkowski sums in the tube calculation. In order to solve this challenge, a new solution of robust predictive controller based on suboptimal tube has been presented. This solution reduces the volume of tube calculations. Simulation has been done for the accuracy of the design of the predictive controller based on the suboptimal tube to attitude control of satellite.

    Keywords: Tube based model predictive control, Approximate minimal robust positive invariant set, Satellite attitude control system, Reaction wheels, Bounded disturbance
  • Hadi Ghahreman, Mahmoud Ebrahimi, Abuzar Es'haghi Oskui, Mohammad Zadshakoyan Pages 83-94

    Crack nucleation mechanisms, its growth, and the determination of critical failure parameters are of industrial importance. Therefore, it is inevitable to study the mechanical behavior of cracked materials under applied load during severe plastic deformation. The present study studied the mode I fracture behavior, mechanical properties, and microstructure characterization of the 6061 aluminum alloy fabricated by friction stir processing (FSP). For this purpose, a milling machine made a perfect stirring zone to perform the FSP method with the specific non-consumable tool. According to the tensile test results, the yield and ultimate tensile strength of the FSP-processed sample have increased by 39% and 37%, respectively. Based on the three-point bending test, the fracture toughness of the processed aluminum was calculated as 10.86 MPa√m, which shows a 14.3% improvement compared to the as-received annealed state. Eventually, the average grain size of the annealed and processed samples was measured as 35 and 15, respectively, which indicated a 57% reduction in the aluminum grain size after FSP. Note that this grain refinement is associated with improved strength and toughness.

    Keywords: Severe plastic deformation, Friction stir processing, Fracture mechanics, Fracture toughness, Crack growth
  • Majid Shateri, Farschad Torabi Pages 95-111

    Polymer electrolyte membrane fuel cells with dead-end mode operation are known as an important alternative for achieving a clean and sustainable future in terms of energy supply for the transportation sector, as well as for military and aerospace applications. Their commercial success, however, is dependent on addressing the water management issue that accumulates inside their channels and porous media during dead-end operations. The current work utilized the electrochemical impedance spectroscopy method to evaluate the effect of gradual accumulation of liquid water in the cathode on the impedance diagram of a dead-end fuel cell. Despite the fact that this approach is limited to steady-state systems and dead-end operation is transient, quasi-steady conditions were provided for the test by measuring the impedance of each frequency in a distinct dead-end interval. Furthermore, the effect of relative humidity, operating temperature, and inlet pressure of reacting gases on the impedance of a dead-end fuel cell was examined. The results show that in such a situation, a large amount of water is always present in the fuel cell, which, while it helps to keep the membrane hydrated and reduces ohmic resistance, causes difficulty in the transport of reacting gases (particularly oxygen) to the catalyst layer, increasing mass transport resistance. Moreover, flooding the catalyst layer reduces the kinetics of the reaction and, as a consequence, increases the charge transfer resistance. Therefore, it is required to specify a criterion for the opening time of the purge valve by considering a threshold for the acceptable value of the cell's total resistance to prevent excessive voltage drop, which is the subject of the next step of this research.

    Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cell, Dead end mode operation, Liquid water accumulation, Electrochemical impedance spectroscopy, Experimental investigation
  • Mohammad Nemati, Mohammad Sefid Pages 113-129

    The purpose of this analysis using lattice Boltzmann method (LBM) is to investigate the matter with which strategies can be used to control the amount of heat transfer and entropy formation. For this goal, the mixed convection heat transfer of non-Newtonian nanofluid under the impact of the magnetic field inside the square chamber containing the conductor wall has been analyzed. The results depicted that the flow characteristics and heat transfer are strongly affected by changing the position in these places. If the magnetic field is applied at the same location as the speed application position, the effect of increasing the Hartmann number in reducing the average Nusselt number becomes more evident. In order to have the highest value of Nusselt number, CASE3 should be considered, however, the greatest impact of magnetic field on fluid flow was observed for CASE2. By increasing the distance between the conductive wall and the moving wall, the average Nusselt number increases up to 1.5 times. By decreasing the thermal conductivity ratio from 10 to 0.5, the average Nusselt number decreases to about 55%. The entropy value has a direct/inverse relationship with the Richardson number/power-law index.

    Keywords: Conjugate heat transfer, Changing the position of applying magnetic field, Non-Newtonian nanofluid, Entropy generation, Changing the position of applying speed
  • Ali Namvar, MohammadMahdi Dehghan, Hossein Nourmohammadi, Mohammadali Alirezapouri Pages 131-143

    In this paper, a method for improving the performance of Complementary filter in the Attitude and Heading Reference System for estimating the orientation in accelerated movements is presented. Although existing complementary filters have advantages such as low computational volume, stability in different dynamic conditions, effectiveness at low sampling rates, and simplicity in the parameter setting process; But in the situation where the mobile device is exposed to non-gravitational accelerations, they show inappropriate performance. The proposed algorithm is designed based on the threshold-based path selection method and by adjusting the gain of complementary filters according to the size of the external acceleration, it improves the estimation of angles. In the following, the proposed algorithm is compared with the Extended Kalman filter and its three adaptive versions. The simulation and evaluation results of the proposed method show that the improved complementary filters achieve good performance in accelerated movements compared to the AEKF in the direction and alignment reference system.

    Keywords: Attitude & heading reference system, Orientation estimation, Complementary filter, Improved complementary filter, Adaptive extended Kalman filter