فهرست مطالب

دانش و فناوری هوافضا - سال دوازدهم شماره 1 (بهار و تابستان 1402)

نشریه دانش و فناوری هوافضا
سال دوازدهم شماره 1 (بهار و تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/08
  • تعداد عناوین: 14
|
  • کامران دانشجو*، عباسعلی محمدی ده آبادی صفحات 7-23
    در این مقاله روش جدیدی برای طراحی مسیر ماهواره در فاز اولیه طراحی ماموریت در مسیله سه جسمی انتقال از مدار ژیو به مدار هالو ارایه شده است. در این روش مسیر تقریبی و نزدیک به بهینه از نظر زمان ماموریت، از طریق تخمین زاویه تراست حاصل می شود، بدین صورت که زوایای تراست در صفحه و خارج از صفحه به صورت سری های فوریه با ضرایب محدود و نامعین در نظر گرفته می شوند. مقادیر ضرایب با استفاده از الگوریتم بهینه سازی و با هدف مینیمم کردن زمان ماموریت بدست می آید. باتوجه به اینکه تعداد دورهای مسیر مشخص نیست، این پارامتر نیز به عنوان متغیر تصمیم گسسته مسیله بهینه سازی در نظر گرفته می شود. به دلیل وجود متغیرهای تصمیم پیوسته و گسسته، الگوریتم بهینه سازی ازداحام ذرات گسسته به عنوان روش بهینه سازی استفاده شده است. از مزایای این روش می توان به سادگی اجرا و حجم کم محاسبات ریاضی، در نظر گرفتن تغییرات جرم ماهواره به دلیل مصرف سوخت، عدم اعمال قید خاص برای زاویه تراست نظیر تراست مماسی و تعیین زمان و مسیر نزدیک به بهینه اشاره کرد. برای ارزیابی روش ارایه شده، طراحی مسیر انتقال از مدار ژیو به مدار هالو برای سطوح تراست مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که رویکرد ارایه شده با دقت بسیار خوبی تعداد دورهای مسیر، جرم سوخت مصرفی، زمان و مسیر نزدیک به بهینه را ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: طراحی مسیر تراست پایین، مسئله سه جسمی، طراحی اولیه ماموریت، روش تقریبی و نزدیک به بهینه، الگوریتم ازدحام ذرات گسسته
  • محمدمهدی سوری، سید حسین ساداتی* صفحات 25-42

    به شکل مرسوم سیستم هدایت و کنترل موشک از سه زیرسیستم ناوبری، هدایت و کنترل تشکیل می شود. وظیفه این زیر سیستم ها به ترتیب محاسبه مقدار انحراف وسیله هدایت شونده از مسیر مطلوب، تعیین حرکت یا شتاب مناسب برای جبران انحراف است. در روش های معمول طراحی سیستم هدایت و کنترل، هر یک از زیرسیستم های هدایت و کنترل به طور جداگانه و با فرض ایده آل بودن زیرسیستم دیگر طراحی می شود. در رویکرد هدایت وکنترل یکپارچه، قانون هدایت به طور جداگانه توسعه یافته و با فرض ایده آل بودن خودخلبان آزموده می شود. خودخلبان نیز به طور مستقل طراحی شده و با فرض ایده آل بودن قانون هدایت آزموده می شود. این مقاله به تشریح روند طراحی و شبیه سازی عملکرد کنترل کننده عصبی بهینه می پردازد، که به منظور هدایت موشک در یک مساله دو بعدی کمینه سازی زمان برخورد و فاصله تا هدف ایجاد شده است. در طراحی کنترل کننده عصبی بهینه، ابتدا نوع کلاسیک و معمول یک کنترل کننده عصبی بهینه شامل دو شبکه عصبی کم عمق شناساگر و کنترل کننده، طراحی شده و از طریق انجام شبیه سازی نشان داده شده است که عملکرد این کنترل کننده برای مسیله مورد بررسی مطلوب نیست. بنابراین با جایگزینی شبکه های کم عمق شناساگر و کنترل کننده، با نوع عمیق و بهره گیری از مفاهیم یادگیری تقویتی، نتایج شبیه سازی های انجام شده بهبود عملکرد این نوع کنترلر را نشان می دهد. دراین تحقیق مدل یکپارچه موشک با تلفیقی از شبکه عصبی یادگیری عمیق با الگوریتم های بهینه سازی انجام شده و استفاده از کنترل شبکه عصبی و الگوریتم های بهینه سازی باعث افزایش دقت برخورد وکاهش زمان پرواز شد.

    کلیدواژگان: موشک، هدایت و کنترل یکپارچه، کنترل بهینه، کنترل عصبی، شبکه عصبی عمیق
  • حجت طائی*، مهرانعلی عزیزی، محمود حقیقت اصفهانی، سید محمدرضا ستاینده صفحات 43-62

    در این مقاله، یک رویکرد جامع ترجیح محور طراحی (CPD) ارایه می شود که دارای ساختاری دو مرحله ای بوده و از دو بهینه ساز تودرتو بهره می برد. در مرحله اول روش CPD، با بهره گیری از مفهوم رضایت، ترجیحات ذهنی طراح/مشتری در قالب روابط فازی به شکل شاخص های الزامی و آرمانی تعریف می گردند. در مرحله دوم تلاش می شود تا با تعریف یک معیار کارایی (کمینه سازی جرم کل سامانه) و تبیین پارامترهای نگرش، مصالحه های لازم در جهت برآورده ساختن ترجیحات طراح/مشتری به منظور دستیابی به یک طرح عملیاتی بهینه انجام پذیرد. روش مذکور در طراحی یک پهپاد با مداومت پروازی به مدت 24 ساعت، سرعت کروز حداقل 45 متر بر ثانیه، حمل محموله 200 کیلوگرمی و مسافت برخاست زیر یک کیلومتر پیاده سازی شده است. برای ارزیابی پاسخ های روش CPD، فرآیند طراحی پهپاد با استفاده از رویکرد MDO نیز انجام گرفته است. با اعمال رویکرد CPD بر طراحی مذکور، هواپیمای بدون سرنشینی طراحی گردید که نه تنها شاخص رضایت طراح/مشتری در آن بیشینه شد؛ بلکه مقدار جرم کلی آن نیز با کمترین اختلاف، بسیار نزدیک به مقدار به دست آمده در روش MDO با چارچوب AAO است. مقایسه نتایج نشان می دهد که علی رغم بیشتر بودن جرم پهپاد طراحی شده به روش CPD، رضایت سراسری این طرح بیشتر بوده و ترجیحات طراح/مشتری ارضا شده اند.

    کلیدواژگان: هوش مصنوعی، طراحی جامع ترجیح محور، هواپیمای بدون سرنشین، منطق فازی، بهینه سازی
  • علیرضا طلوعی*، مرضیه حبیبی، رضا قاسمی، فاطمه قادری صفحات 63-77
    این مقاله باهدف ردیابی مسیر مشخصی توسط سه کوادروتور با حفظ شکل مثلثی در طول مسیر با در نظر گرفتن اغتشاشات وارد بر سیستم تدوین شده است. با توجه به دینامیک غیرخطی کوادروتور و حضور اغتشاشات در سیستم، برای کنترل مستقل کوادروتور از کنترل کننده ی مد لغزشی استفاده شد. برای کنترل شکل دهی کوادروتورها نیز کنترل شکل دهی غیرمتمرکز پیشرو-پیرو اعمال شد، به گونه ای که پیشرو یک مسیر مرجعی را طی کرده و پیروها با استفاده از کنترل کننده شکل دهی یک فاصله و یک زاویه ی ثابتی را نسبت به پیشرو حفظ می کنند. برای حصول این امر ابتدا دینامیکی از خطای شکل دهی را در نظر گرفته و سپس با اعمال کنترل کننده مد لغزشی انتگرالی روی آن، خطای شکل-دهی به صفر رسانده شده است. نتایج شبیه سازی حاصل از طراحی کنترل کننده مد لغزشی، وقوع پدیده ی چترینگ را در فرمان های کنترلی نشان داد که برای حذف آن از روش تقریب توابع پیوسته استفاده شد و شبیه سازی های حاصل از این روش بیانگر حذف چترینگ در فرمان های کنترلی و ردیابی نرم و بدون نوسان مسیر مورد نظر در فرمان های کنترلی بود، همچنین نتایج شبیه سازی کنترل شکل-دهی در قالب سه ماموریت با مسیرهای متفاوت، هندسه شکل دهی متفاوت و تعداد کوادروتورهای متفاوت بیانگر پیروی پیروها از پیشرو و موفقیت کنترل شکل دهی است.
    کلیدواژگان: کنترل شکل دهی، روش پیشرو-پیرو، کنترل شکل دهی غیرمتمرکز، کنترل کوادروتور، کنترل غیرخطی
  • حامد محمدکریمی*، علیرضا نورانی، محمدحسین علیزاده رکن آبادی صفحات 79-96
    مقاله حاضر با هدف استخراج روش های شمال یابی در حالت سکون و با استفاده از حسگرهای اینرسی تدوین شده است. پیاده سازی الگوریتم های شمال یابی متداول، مستلزم استفاده از یک بلوک اینرسی شامل سه شتاب سنج و سه جایرو نرخی است؛ لذا در صورت نیاز به دقت های بالا، هزینه زیادی در بر خواهد داشت. در این مقاله روش های ابداعی دیگری که نیاز به بلوک اینرسی کامل ندارند، جهت محاسبه زوایای اویلر ارایه که شامل یک شتاب سنج و یک جایرو نرخی است ؛ با این کار هزینه سخت افزار شمال یاب کاهش می یابد. برای این منظور در ابتدا روابط ریاضی و با روش حل چندجهت گیری، زوایا مورد نظر استخراج شده و سپس به دقت شبیه سازی شده اند. در فرآیند شبیه سازی، زوایای اویلر مقدار معینی فرض شده و سپس همان زوایا در فرآیند شبیه سازی برای دو حالت حسگر ایده آل و حسگر واقعی محاسبه شده اند. در نهایت با مقایسه الگوریتم های توسعه داده شده، بهترین الگوریتم شمال یاب با دقت بالا و هزینه پایین انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، واحد اندازه گیری اینرسی، انطباق اولیه، شمال یابی، ترازیابی
  • میرابوالفضل مختاری* صفحات 97-109
    فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) یک الگوریتم پرکاربرد برای شناسایی پارامتر بازگشتی است و مبتنی بر تقریب مرتبه اول دینامیک سیستم است. اخیرا فیلتر کالمن بدون بو (UKF) به عنوان راه حل نظری بهتری برای فیلتر کالمن توسعه یافته در رشته فیلترینگ غیرخطی پیشنهاد شده است و در مسایل هدایت، تخمین پارامتر و تخمین دوگانه توجه زیادی به خود جلب کرده است . استفاده از فیلتر کالمن بدون بو(UKFaug) به عنوان ابزار تخمین پارامتر بازگشتی برای مدل سازی آیرودینامیکی نسبتا بدون بررسی باقی مانده است از اینرو در این مقاله ضمن استفاده از این الگوریتم، عملکرد سه الگوریتم تخمین پارامتر بازگشتی برای تخمین پارامتر آیرودینامیکی از داده های پرواز یک هواپیما با بال ثابت با هم مقایسه شده است. نتایج نشاندهنده این می باشد که عملکرد هر سه الگوریتم تا حدودی شبیه به هم بوده است ولی فیلتر کالمن بدون بو در برخی موارد عملکرد بهتری در مقایسه با دو روش دیگر از خود نشان می دهد. مقایسه صورت گرفته کمک می کند تا بسته به شرایط مختلف بتوان بهترین و کم هزینه ترین روش را انتخاب کرد.
    کلیدواژگان: شناسایی سیستم، فیلترینگ کالمن، تخمین پارامتر بازگشتی، فیلتر غیرخطی، تکنیک های تخمین
  • شهرام یوسفی*، عبدالله پناهی، محمدعلی وزیری، نورالدین فضلی صفحات 111-127

    معماری بهینه سازه پهپادهای بال لامبدا (پهبال) در فاز طراحی مفهومی، به دلیل پیکربندی نامتعارف و نداشتن اطلاعات تجربی منتشر شده از این نوع هواپیماها، به یک چالش مهم تبدیل شده است. این مقاله با هدف توسعه ی یک روش جدید، برای طراحی معماری سازه هواپیماهای نظامی نامتعارف نسل جدید؛ به ویژه برای پهبال ها تهیه شده است. در این روش، ابتدا به بررسی پارامترهای موثر بر روی معماری سازه این نوع هواپیماها پرداخته شده و سپس برای ارایه یک متدولوژی کلی برای معماری سازه، به بررسی رفتار هندسی نامتعارف این پرنده ها با کمک تحلیل مودال پرداخته می شود. نتیجه این تحلیل مودال، تقسیم هندسه هواپیما به زیر بخش های معمولی؛ با معماری های شناخته شده کلاسیک است. معماری سازه پهبال با ترکیب معماری سازه زیر بخش های پرنده و توجه به مواردی مانند الزامات مربوط به نصب سیستم ها، الزامات پنهان کاری و طراحی ماژولار سازه انجام شده است. برای بهینه-سازی معماری سازه، از یک مدل پارامتریک در نرم افزار CATIA استفاده شده است تا برای هدف حداقل وزن، موقعیت و ابعاد هندسی اعضای سازه ای بهینه شود. برای اعتبار سنجی نتایج، بیشینه تنش استاتیکی و بیشترین جابجایی سازه به کمک نرم افزار MSC/Patran محاسبه و با مقادیر بدست آمده از پروسه بهینه سازی مقایسه شده اند. تحلیل دینامیکی و پایداری کمانشی پوسته های کامپوزیتی سازه نیز در ادامه کنترل شده است. متدولوژی ارایه شده به صورت یک نمونه مطالعاتی بر روی یک پهبال هدف تشریح شده است. وزن سازه بهینه-سازی شده نیز با نمونه های تحقیقاتی پهبال های همرده تایید شده است.

    کلیدواژگان: آنالیز مودال، بهینه سازی، پهپاد بال لامبدا، متدولوژی معماری سازه، هواپیماهای نامتعارف
  • میلاد عظیمی* صفحات 129-140
    در این مقاله، طراحی الگوریتم‏های مقاوم فعال ارتعاشات و مود لغزشی ترمینال سریع غیرتکین برای مانور وضعیت فضاپیمای انعطاف‏پذیر بررسی شده است. در ابتدا مدل دینامیک غیرخطی کاملا کوپل صلب-انعطاف‏پذیر فضاپیما در مانور وضعیت سه محوره با استفاده از معادلات لاگرانژ شبه مختصات استخراج شده است. سپس الگوریتمی برای کنترل هم زمان وضعیت و ارتعاشات سیستم مبتنی ‏بر سطح لغزش ترمینال غیرتکین سریع که به همگرایی خطاهای ردگیری وضعیت و سرعت‏های زاویه‏ای (به صفر) در زمان محدود و در حضور نامعینی‏ها و اغتشاشات خارجی منجر می‏شود، طراحی شده است. در ادامه ارتعاشات باقی‏مانده ناشی از دینامیک پنل‏های انعطاف‏پذیر حین و پس از مانور با به کارگیری یک الگوریتم مقاوم کنترل فعال ارتعاشات با استفاده از وصله‏های حسگر/عملگر پیزوالکتریک به صورت نمایی کاهش یافته است. همگرایی زمان محدود سیستم حلقه بسته با رویکرد هیبرید کنترلی و با به کارگیری تیوری پایداری لیاپانوف اثبات شده است. شبیه‏سازی‏های عددی با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه 4، عملکرد و مزیت به‏کارگیری هم زمان کنترلرهای مقاوم وضعیت و ارتعاشات پیشنهادی در مقایسه با رویکردهای رایج کنترل سیستم‏های دینامیکی با انعطاف‏پذیری سازه‏ای را ارایه می‏دهد.
    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، کنترل فعال ارتعاشات، کنترل مقاوم، مود لغزشی ترمینال غیرتکین، نامعینی
  • مجتبی قمری زاده*، احمد آقاجانی دلاور، عباس تاجمیری صفحات 141-162
    در حال حاضر ناوگان هوایی نقش قابل توجهی در حمل و نقل کالا و مسافر به عهده دارد. ایمنی، جابجایی سریع و دسترسی اغلب مراکز مهم تجاری و شهری به فرودگاه از مهمترین دلایل اهمیت استفاده از ناوگان هوایی در جابجایی کالا و مسافر می باشد. هواپیماهای پهن-پیکر مسافری و ترابری سنگین با طیف متنوعی از ماموریت ها مانند جابجایی نیروی انسانی و مسافر، جابجایی انواع کالاهای تجاری و تجهیزات نظامی و غیره به کارگیری می شوند. سوانح آنها معمولا ناشی از یکی از موارد انسان، محیط، مدیریت، ماشین یا ترکیبی از دو یا چند مورد از آنهاست. در این مقاله به روش تحلیل آماری و با استفاده از نرم افزار آماری SPSS، پرسش اصلی با عنوان: "عوامل اصلی موثر در وقوع سوانح هوایی هواپیماهای پهن-پیکر کدامند؟" مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین راهکارهای مناسب برای کاهش وقوع سوانح هوایی هواپیماهای پهن پیکر نیز پیشنهاد شده است. در این تحقیق نقش و اهمیت مولفه های عوامل 4 گانه انسان، محیط، مدیریت و ماشین در بروز سوانح و راهکارهای کاهش وقوع سوانح برای این عوامل معرفی شده است. در این مقاله این نتیجه اصلی به دست آمده است که نقش انسان مهمترین علت بروز سوانح هواپیماهای پهن پیکر در کشور است.
    کلیدواژگان: علل سوانح هوایی، هواپیماهای پهن پیکر، تحلیل آماری، راهکار کاهش سوانح
  • مجتبی خاتون آبادی*، محمد جعفری، کامران عاصمی صفحات 163-181
    در این مقاله، تحلیل المان محدود ارتعاشات آزاد صفحه دایره ای متخلخل مدرج تابعی تقویت شده با گرافن بر اساس تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول (FSDT) برای اولین بار ارایه شده است. معادلات حاکم با استفاده از اصل همیلتون به دست می آید و روش المان محدود (FEM) برای حل معادلات حاکم بر ورق استفاده شده است. نتایج کار حاضر با مطالعات قبلی مقایسه شده و تطابق خوبی بین نتایج مشاهده شد. تاثیر پارامترهای مختلف مانند توزیع تخلخل، ضریب تخلخل، الگوهای مختلف GPL و درصد وزنی نانو ذرات گرافن، انواع شرایط مرزی و همچنین نسبت ضخامت به شعاع بر روی ارتعاشات ورق دایره ای بررسی شد. در ادامه ضمن صحت سنجی روش تحلیل، نتایج حاصل از حل عددی، مورد مقایسه و بررسی قرار گرفت . در نتایج مشخص گردید که اثر درصد وزنی گرافن و نوع الگوهای مختلف گرافن و همچنین شرایط تکیه گاهی در ارتعاشات ورق بیش از سایر موارد است.
    کلیدواژگان: تحلیل ارتعاشات آزاد، مواد متخلخل مدرج تابعی، ورق دایره ای، تقویت شده با گرافن، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، المان محدود
  • علی اصغر نادری* صفحات 183-202
    پژوهش حاضر با هدف مطالعه رفتار ارتعاشی پوسته های کامپوزیتی مخروطی تقویت شده با شبکه ناهمسان مشبک، با استفاده از روش تحلیلی انجام گردیده است. بدین منظور، از روش معادلسازی جهت تعیین پارامترهای سفتی معادل سخت کننده ها استفاده می گردد. در این روش، مجموعه سخت کننده ها با یک پوسته معادل که از نظر سفتی معادل یکدیگر می باشند، جایگزین می گردد و سپس جهت دستیابی به سفتی معادل کل سازه، با سفتی های پوسته جمع می گردند. سخت کننده ها به صورت تیر مدلسازی می گردند تا توانایی تحمل بار برشی و لنگرهای خمشی همراه با بارهای محوری را دارا باشند. معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسیله با اعمال اصل همیلتون و بر مبنای تیوری مرتبه اول تغییر شکل برشی استخراج و سپس با استفاده از روش تفاضل مربعات به گروهی از معادلات جبری تبدیل می گردند. در ادامه رابطه مسیله مقدار ویژه استخراج و در نتیجه آن فرکانس طبیعی محاسبه می گردند. جهت صحت سنجی نتایج، مقایسه ای میان نتایج بدست آمده و نتایج سایر محققین صورت گرفته است. سپس تاثیر پارامترهای مختلف نظیر زاویه نیم راس مخروط، عدد موج محیطی و اثر شرایط مرزی مختلف بر فرکانس های طبیعی سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: رفتار ارتعاشی، پوسته های کامپوزیتی مخروطی، شبکه ناهمسان مشبک، روش معادلسازی، روش تفاضل مربعات
  • زهرا شریعتی کوهبنانی، مجتبی دهقان منشادی* صفحات 203-220
    در این تحقیق تلاش می شود تا با بررسی ویژگی های مهم و تاثیرگذار بر روی رفتار دماغه مخروطی در جریان مافوق صوت؛ نتایج استفاده ازدیسک های چند ردیفه و تاثیر آن ها برای بهبود رفتار این دماغه مورد بررسی قرار گیرد. از آن جا که یک دماغه مخروطی به علت داشتن نوک تیز در حالت های پروازی نیروی پسای کم اما گرمای آیرودینامیکی بالایی تولید می کند؛ استفاده از آن در سرعت هایی با ماخ بالا مشکل زا می باشد. تغییرات جدیدی که با استفاده از اضافه کردن دیسک های چند ردیفه؛ در طراحی این دماغه مخروطی صورت می-گیرد به این دماغه اجازه می دهد تا علاوه بر حفظ کردن ماهیت خود برای تولید نیروی پسای کم؛ گرمای آیرودینامیکی بالای تولید شده را نیز به صورت موثری کاهش دهد. لذا استفاده از 12 عدد دیسک موجب کاهش حدود 30 درصدی در ضریب نیروی پسا نسبت به دماغه مرجع بدون دیسک و کاهش قابل ملاحظه ای در دمای استاتیکی تولید شده روی سطح دماغه می گردد. لذا این نوع دماغه ویژگی های آیرودینامیکی خود را برای استفاده در سرعت های بالا بهبود بخشیده و امکان استفاده مجدد از این نوع دماغه به جای دماغه مخروطی محض دوباره مطرح می گردد.
    کلیدواژگان: دماغه مخروطی، آیرودیسک های چند ردیفه، جریان مافوق صوت، تحلیل عددی، گرمایش آیرودینامیکی
  • امیر فلاحیان، سید آرش سید شمس طالقانی*، کاظم اسماعیل پور صفحات 221-238
    در این مطالعه تاثیر جت دمشی و زاویه دمش بر ضرایب و پارامترهای عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل متقارن NACA0012 در Re=4×106 به صورت سه بعدی بررسی شده است. تغییرات ضرایب لیفت و درگ با به کارگیری دمش در نزدیکی لبه حمله ایرفویل برای زوایای حمله 12 تا 20 درجه بررسی شدند. با توجه به اعمال دمش از طریق سوراخ های دایره ای، از حل سه بعدی به منظور تحلیل و مطالعه استفاده شد. تحلیل انجام شده در این حالت با فرض جریان تراکم ناپذیر و پایا حول یک مقطع بال سه بعدی در نرم افزار فلوینت انجام شد. نتایج نشان دادند دمش به طورکلی موجب افزایش در میزان لیفت تولیدی و کاهش درگ می شود. نتایج نشان دادند که دمش در زوایای حمله کمتر از 14 درجه تاثیر ناچیزی بر ضرایب لیفت و درگ دارد، به همین دلیل است که فقط اثرات دمش در زوایای حمله بالا در نظر گرفته می شود. بیشترین افزایش در ضریب لیفت و بیشترین کاهش در ضریب درگ در زاویه حمله 16 درجه اتفاق می افتد که زاویه واماندگی است. نتایج نشان می دهد موثرترین زاویه دمش در افزایش ضریب لیفت، زاویه نزدیک به صفر درجه نسبت به سطح یا همان دمش مماسی است.
    کلیدواژگان: ایرفویل NACA0012، دمش، ضرایب لیفت و درگ، کنترل جریان، دینامیک سیالات محاسباتی
  • جاماسب پیرکندی*، محمدصادق عبدالله پور، حمید پرهیزکار، مصطفی محمودی صفحات 239-253

    در این پژوهش عملکرد سیستم توزیع هوا در کابین یک هواپیمای مسافربری 42 نفره تک راهرو که مسافران در دو ردیف سه نفره نشسته اند، تحلیل شده است. برای بررسی توزیع هوا در کابین از روش دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. در این تحلیل عددی اثر تغییر رطوبت نسبی در داخل کابین، تغییر سرعت ورودی هوا به داخل کابین و تغییر نحوه توزیع هوای درون کابین بررسی شده است. برای تعیین آسایش حرارتی در کابین، دو پارامتر میانگین آرای پیش بینی شده و درصد نارضایتی پیش بینی شده بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در اثر افزایش رطوبت نسبی از 0 تا 10 درصد، تغییرات فشار استاتیکی بر آسایش بدن مسافران تغییر عمده ای را ایجاد نمی کند. بررسی نتایج نشان می دهد که در سرعت 1 متر بر ثانیه برای هوای ورودی به داخل کابین، به خاطر گردش بهتر هوا در ناحیه سر و بقیه اندام ها مسافران احساس آسایش حرارتی بیشتری داشته و تغییرات فشار استاتیکی کمتری روی سر و بدن خود احساس می کنند. درنهایت با تغییر نحوه توزیع هوا از سیستم اختلاطی به سیستم جا به جایی، مشاهده شد که سیستم توزیع هوای اختلاطی ازنظر آسایش حرارتی برای مسافران بهتر بوده اما ازنظر فشار استاتیکی در ناحیه سر و بدن مسافران، سیستم توزیع هوای جابه جایی بهتر است.

    کلیدواژگان: تهویه مطبوع، توزیع هوا، کابین، هواپیمای مسافربری، آسایش حرارتی
|
  • Kamran Daneshjou *, Abbasali Mohammadi Dehabadi Pages 7-23
    In this study, a new approach is proposed to design low-thrust trajectory in the preliminary design phase for GEO to Halo transfer in the three-body problem. In this method, the approximate and near optimal trajectory is conducted through guessing thrust angles. In this approach, the in-plane and out of plane thrust angles are considered as finite Fourier series with unknown coefficients. The coefficients are calculated by an optimization algorithm with the aim of minimizing mission duration. Since the number of the trajectory revolutions is unknown, this parameter is also considered as a discrete decision variable of optimization algorithm. Due to the existence of continues and discrete decision variables, discrete particle swarm optimization algorithm is employed to solve the problem. The advantages of this method include: simplicity of execution and low volume of mathematical computation, considering satellite mass, do not assume special restriction for thrust angle such as tangential thrust and determination the near optimal mission duration. . In order to evaluate the proposed method, Trajectory design of GEO to Halo is performed for several level of thrust. Results indicate that this approach determines the number of trajectory revolutions, fuel consumed, near optimal duration and trajectory of the mission with high accuracy.
    Keywords: Low thrust trajectory design, three-body problem, preliminary design phase, approximate, near optimal solution, discrete particle swarm optimization algorithm
  • Mohammad Mahdi Soori, Seyed Hossein Sadati * Pages 25-42

    , the missile guidance and control system consists of three subsystems: navigation, guidance, and control. The task of these sub-systems is to calculate the deviation of the guided vehicle from the desired path so as to determine the appropriate movement or acceleration to compensate for the deviation. In the traditional methods , each of the guidance and control subsystems is designed separately, a. In the integrated guidance and control approach, the guidance law is developed separately and tested under the assumption of ideal autopilot. The autopilot is also designed independently and is tested under the assumption of an ideal guidance law. This paper describes the process of designing and simulating the performance of the optimal neural controller, which was created in order to guide the missile in a two-dimensional problem of minimizing the collision time and the distance from the target. In the design of the optimal neural controller, first the classical optimal neural controller (MLP) neural networks, the identifier, and the controller was designed and through simulation it was shown that the performance of this controller is not satisfactory. Therefore, by replacing the estimator MLP networks and controller with the deep type network, along with the use of the concepts of reinforcement learning, a quite improved performance was demonstrated through simulation. In this research, the integrated rocket model was made by integrating deep learning neural network with optimization algorithms, and the use of neural network control and optimization algorithms increased collision accuracy and reduced flight time.

    Keywords: Missile, integrated guidance, control, optimal control, neural network control, Deep Neural Network
  • Hojat Taei *, Mehranali Azizi, Mahmood Haghighat E., S. Mohammadreza Setayandeh Pages 43-62

    In a holistic design; Creating a common language between different engineering, taking in to account the designer/customer's interests and preferences, removing potential shortcomings of common design methodologies and taking full advantage of the benefits of MDO approaches are the most important factors for achieving logical and realistic results. In this paper, a novel Comprehensive Preference-based Design approach is presented which attempts to achieve subjective attributes that are defined in the concept of maximization of designer/customer's satisfaction in addition to objective goals which are formulated in the form of minimization of a performance criterion in a two-phase structure using two nested optimizers. In the first phase of CPD, using the concept of satisfaction, the subjective preferences of the designer/customer are defined in terms of fuzzy relationships and operators in the form of demands and desires. Whereas the results of this phase are inaccurate, in the second phase, it is attempted to define a performance criterion and in order to achieve an optimal operational plan, attitude parameters and the compromises needed to meet the designer/customer's preferences are implemented. The methodology is utilized to design of a UAV with flight duration of 24 hours, 45 m/s of cruise speed at least, payload of 200 kg and less than 1 km take-off distance. To evaluate the results of CPD, the design process using MDO in AAO framework is also performed. Comparison of the results shows that despite the higher mass of UAV designed by CPD, overall satisfaction is higher and preferences have been satisfied.

    Keywords: Comprehensive Preference-based Design (CPD), UAV, performance criterion, Satisfaction, Fuzzy logic, Optimization
  • Alireza Toloei *, Marzieh Habibi Totekani, Reza Ghasemi, Fatemeh Ghaderi Pages 63-77
    In this paper, formation tracking control by maintaining a triangular shape for three quadrotors is discussed. Because of the nonlinear dynamic of the quadrotor and the presence of the external disturbance in the quadrotor dynamic model, a sliding mode controller was used for independent control of the quadrotor .To Formation Control of Quadrotors, a leader-follower decentralized formation control was applied. In such a way that the leader, follows a reference path and the followers use a formation controller to maintain a constant distance and an angle to the leader. First, the dynamic of the formation error is considered and then by using the integral slide mode controller, the formation error is reduced to zero. The simulation results obtained from the design of the sliding mode controller showed the occurrence of the Chatting phenomenon in the control commands, which was removed using the approximation of continuous functions. And the simulations obtained from this method showed the elimination of chattering in the control commands and the smooth tracking without oscillation of the desired path in the control commands. Also, the simulation results of formation control in the three missions with different paths, different formation geometry, and the number of different quadrotors indicate that the followers follow the leader and the success of formation control.
    Keywords: Formation control, Leader-follower method, Decentralized Formation control, Quadrotor control, Nonlinear control
  • Hamed Mohammad Karimi *, Alireza Nourani, Alizadeh Roknabadi Mohammad Hossein Pages 79-96
    This article discusses the derivation of low-cost inertial navigation methods at stationary state in the navigation systems. To implement navigation algorithms, it needs to use an IMU (3 accelerometers and 3 gyroscopes). Thus, higher accuracy results higher cost. The methods used in this article do not need complete IMU sensors to calculate Euler angles, which includes an accelerometer and a rate gyro. Subsequently navigator hardware cost will decrease. For this purpose, mathematical equations are derived with multi-direction solution method, which the desired angle is extracted at first ,and then simulated as a hardware have done. specific values have been assumed for the Euler angles in the simulation process due to lack of access to field data, and the same angles are computed for two states (ideal and real sensors). By comparing the extended navigator algorithms, the best one (high accuracy and low cost) has been selected here in this paper.
    Keywords: Inertial navigation, Inertial Measurement Unit, alignment, gyrocompassing, Leveling
  • M. Abolfazl Mokhtari * Pages 97-109
    Aerodynamic parameter estimation is an integral part of aerospace system design and life cycle process. Recent advances in computational power have allowed the use of online parameter estimation techniques in varied applications such as reconfigurable or adaptive control, system health monitoring, and fault tolerant control. The combined problem of state and parameter identification leads to a nonlinear filtering problem; furthermore, many aerospace systems are characterized by nonlinear models as well as noisy and biased sensor measurements. Extended Kalman filter (EKF) is a commonly used algorithm for recursive parameter identification due to its excellent filtering properties and is based on a first order approximation of the system dynamics. Recently, the unscented Kalman filter (UKF) has been proposed as a theoretically better alternative to the EKF in the field of nonlinear filtering and has received great attention in navigation, parameter estimation, and dual estimation problems. However, the use of UKF as a recursive parameter estimation tool for aerodynamic modeling is relatively unexplored. In this paper we compare the performance of three recursive parameter estimation algorithms for aerodynamic parameter estimation of two aircraft from real flight data.
    Keywords: System identification, Kalman filtering, Recursive parameter estimation, Unscented filter, Estimation technique
  • Shahram Yousefi *, Abdollah Panahi, Mohammad Ali Vaziry, Noorodin Fazli Pages 111-127

    Optimized structural architect of an Unmanned Lambda Wing Aerial Vehicle (ULWAV) during conceptual design has proven to be a significant challenge due to its unconventional configuration and no historical data for the structural architect. This paper aims to develop a new approach for structural design layout of new generation unconventional aircraft especially for ULWAV. The first step in this approach is to investigate the affecting parameters on structural architecture of these aircrafts then using of modal analysis to identification the behavior of these unconventional geometries for a general methodology development. The result of this modal analysis is apportion aircraft geometry to conventional substructures with already well-established defined architect. ULWAV structure architecture has been done by combining the structural architecture of sub-sections and with respect to requirements for systems installation, stealth design objective and packaging requirements. Here the CATIA software is used to optimize general architect with parametric model. To validate the results, the maximum static stress and maximum displacement of the structure were calculated using MSC / Patran software and compared with the values obtained from the optimization process. Dynamic analysis and buckling stability of structural composite shells are also controlled below. The architect methodology was applied to a case study of an ULWAV. The weight of the optimized structure has also been confirmed by typical case study researches.

    Keywords: modal analysis, Optimization, Structural architect methodology, Unconventional aircraft, Unmanned Lambda Wing Aerial Vehicle
  • Milad Azimi * Pages 129-140
    This paper deals with a robust active vibration and non-singular fast terminal sliding mode control design for flexible spacecraft attitude maneuvers. First, the fully coupled nonlinear rigid-flexible dynamic model of the spacecraft in the three-axis maneuver is derived using Lagrange's equations in terms of quasi-coordinates. Then, the attitude control law is designed based on a fast non-singular terminal sliding surface, which leads to the zero convergence of attitude tracking and angular velocity errors in a finite time in the presence of external disturbances and parameter uncertainties. Next, the flexible panels' residual vibrations during and after the maneuver have been reduced exponentially using a robust active vibration control algorithm through piezoelectric sensor/actuator patches. It has been proven that this algorithm ensures the stability of the closed loop system and eliminates the need for conservative assumptions regarding uncertainties and external disturbances at the upper limit. The finite-time convergence of the closed-loop system with a hybrid control approach is proved by the Lyapunov stability theory. The numerical simulations using 4th order Runge-Kutta approach show the simultaneous utilization of the proposed attitude and vibration controllers' performance compared to the classical approaches for dynamical systems with structural flexibility.
    Keywords: Active Vibration Control, non-singular terminal sliding mode, Piezoelectric, Robust control, Uncertainty
  • Mojtaba Ghamarizadeh *, Ahmad Aghajani Delavar, Abbas Tajmiri Pages 141-162
    Currently, the air fleet plays a significant role in the transportation of goods and passengers. Safety, quick movement and access to most important commercial and urban centers to the airport are the most important reasons for the importance of using the air fleet in the movement of goods and passengers. Wide-body passenger and heavy transport airplanes are used for a variety of missions, such as human and passenger movement, commercial goods and military equipments, etc. Their accidents are usually caused by one of human, environment, management, machine or a combination of two or more of them. In this article, using statistical analysis method and using SPSS statistical software, the main question titled: "What are the main factors affecting the occurrence of wide-body aircraft accidents?" has been studied. Also, suitable solutions to reduce the occurrence of air accidents of wide-body airplanes have also been suggested. In this research, the role and importance of the four factors of human, environment, management and machine in the occurrence of accidents and strategies to reduce the occurrence of accidents for these factors have been introduced. In this article, the main result has been obtained that the human role is the most important cause of wide-body aircraft accidents in the country.
    Keywords: Causes of air accidents, wide-body airplanes, statistical analysis, solutions to reduce accidents
  • Mojtaba Khatounabadi *, Mohammad Jafari, Kamran Asemi Pages 163-181
    In this paper, the finite element analysis of the free vibrations of functionally graded porous circular plate reinforced with graphene based on the first order shear deformation theory (FSDT) is presented for the first time. The governing equations are obtained using Hamilton's principle and the finite element method (FEM) is used to solve the governing equations of the sheet. The results of the present work were compared with previous studies and a good agreement between the results was observed. The effect of different parameters such as porosity distribution, porosity coefficient, different GPL patterns and weight percentage of graphene nanoparticles, types of boundary conditions and also the ratio of thickness to radius on the vibrations of the circular sheet was investigated. Next, while validating the analysis method, the results obtained from the numerical solution were compared and analyzed. In the results, it was found that the effect of weight percentage of graphene and different types of graphene patterns as well as support conditions in sheet vibrations is more than other cases.
    Keywords: free vibrations analysis, functionally graded porous materials, Circular plate, reinforced with graphene, first order shear deformation theory, finite element method
  • Ali Asghar Naderi * Pages 183-202
    The present study aims to investigate the vibrational behavior of composite conical shells reinforced by an anisogrid lattice structure, using the analytical method. For this purpose, the smeared method was employed to determine the equivalent stiffness contribution of the stiffeners. In this approach, the smeared method was used to superimpose the stiffness contribution of the stiffeners with those of the shell to obtain the equivalent stiffness of the whole structure. The stiffeners were modeled as beams that can support shear forces and bending moments along with the axial forces. The governing partial differential equations of the problem are derived by applying Hamilton's principle and based on the first-order shear deformation theory, and then they are converted into a group of algebraic equations by using the differential quadrature method. Then, eigenvalue problem, and as a result, natural frequencies are calculated. In order to validate the results, comparisons of the present results with those of other studies are performed. Then. the effect of different parameters such as semi-vertex angle, circumferential wave number and the effect of different boundary conditions on the natural frequencies of the system has been evaluated.
    Keywords: vibrational behavior, composite conical shells, anisogrid lattice structure, smeared method, differential quadrature method
  • Zahra Shariati, Mojtaba Dehghan Manshadi * Pages 203-220
    In this research, authors attempt to investigate the significant and influential characteristics behaviors of the conical nose in supersonic flow as well as discussing the results of using Multi-Row disks and their effects to recognize the behavior of this nose. A cone nose produces low drag and high aerodynamic heat due to sharp tip in flight conditions, which makes it problematic at high speed Mach numbers. Thus, new modifications with the utility of adding Multi-Row disks in the design of this cone nose allows the nose to efficiently reduce the produced aerodynamic heat as well as preserving its nature to produce low drag. Results show that the using 12 disks led approximately 30% reduction in drag coefficient rather than reference nose without disks. It also significantly reduces the static temperature produced on the nose surface. Therefore, this type of nose improves its aerodynamic characteristics that can advise to be used at high speed and raises the possibility of reusing this kind of nose instead of the strict conical one.
    Keywords: conical nose, Multi-Row disks, supersonic flow, CFD, Aeroheating
  • Amir Fallahian, Arash Shams Taleghani *, Kazem Esmailpour Pages 221-238
    In this study, the effect of blowing angle on coefficients of aerodynamic of NACA0012 airfoil at Re=4×106 has been investigated. In the present research, the effect of three-dimensional blowing jet on the aerodynamic performance of the wing has been considered. The changes of lift and drag coefficients were studied by using the blowing near the leading edge of the airfoil for angles of attack of 12, 14, 16, 18 and 20 degrees. Due to the application of blowing through circular holes, a three-dimensional solution was used for the purpose of analysis and study, which will be computationally expensive. The analysis carried out in this case was performed with the assumption of incompressible and steady flow around a three-dimensional wing section in Fluent software. The results showed that the blowing has a negligible effect on the lift and drag coefficients at angles of attack less than 14 degrees. It is for this reason that only the effects of the blowing at high angles of attack are considered. The greatest increase in the lift coefficient and the greatest decrease in the drag coefficient occurs at the angle of attack of 16 degrees, which is the stall angle. The results showed that as the jet angle increases, the aerodynamic performance decreases.
    Keywords: flow control, CFD, NACA0012 Airfoil, Blowing, Lift, Drag coefficients
  • Jamasb Pirkandi *, Mohammad Sadegh Abdolahpoor, Hamid Parhizkar, Mostafa Mahmoodi Pages 239-253

    In this study, the performance of the air distribution system in the cabin of a single-aisle passenger plane with 42 passengers seated in two rows of three has been analyzed. Computational fluid dynamics method has been used to investigate the air distribution in the cabin. In this numerical analysis, the effect of changing the relative humidity inside the cabin, changing the speed of air entering the cabin and changing the way of air distribution inside the cabin has been investigated. In order to determine the thermal comfort in the cabin, two parameters including the average number of predicted votes and the percentage of predicted dissatisfaction have been investigated. The results show that with the increase of relative humidity from 0 to 10%, changes in static pressure do not cause major changes in passenger comfort. Also, at a speed of 1 m/s for air entering the cabin, due to better air circulation in the head and other organs, the passengers feel more thermal comfort and less static pressure changes on their head and body. Finally, by changing the air distribution system from the mixing system to the displacement system, it was observed that the mixing air distribution system is better in terms of thermal comfort for passengers. However, in terms of static pressure in the head and body area of passengers, the displacement air distribution system is better.

    Keywords: Air Conditioning, air distribution, cabin, passenger aircraft, Thermal comfort