مکانیک هوا فضا
سال:1389 | دوره:6 | شماره:3 (پیاپی 21) (دینامیک، ارتعاشات و کنترل) |تعداد مقالات:8

در این مقاله تلاش شده که خلبان خودکار ارتفاع یک هواپیمای بدون سرنشین طراحی شود. به دلیل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین در ارتفاع پایین و در نزدیکی سطح زمین، خلبان خودکار ارتفاع نقش مهمی در اجرای موفقیت آمیز مانورها دارد. این مساله دارای پیچیدگی ها و در عین حال جذابیت های فراوانی است، زیرا رابطه بین ارتفاع و زاویه الویتور (به عنوان ورودی) غیر کمینه فاز و غیرخطی است و دارای مقدار نامعینی می باشد. در این مقاله، برخلاف روش های متداول (که به واسطه سه حلقه کنترلی، سه متغیر نرخ زاویه پیچ، زاویه پیچ و ارتفاع اندازه گیری می گردد، به طوری که منجر به ساختار نسبتا مقاومی می شود)، با اندازه گیری فقط ارتفاع از یک ساختار تک حلقه ای استفاده می شود. ساختار پیشنهاد شده ساده و در نتیجه کم هزینه تر است، اما به طور ذاتی مقاومت پایینی است. تلاش شده تا با استفاده از دانش شخص خبره و کنترل منطق فازی، علاوه بر دست یابی به پاسخ زمانی مناسب برای محدوده وسیعی از فرمان ارتفاع، محدودیت مقاومت در مقابل نامعینی های پارامتری و مقاومت در مقابل دینامیک های مدل نشده (که به دلیل پیچیدگی ها و هزینه های موجود در صنعت هوافضا، همیشه به همراه مدل سازی ها هستند) به مقداری زیادی رفع گردد. شبیه سازی شش درجه آزادی غیرخطی این نتایج را نمایش می دهد.

انجام آزمون های مدل اجسام پرنده درتونل باد با شرایط جریانی مناسب تاثیر به سزایی در میزان کیفیت طراحی و بهینه سازی آن ها داشته و در نتیجه نقش عمده ای در ایجاد اعتماد بین صنایع و کارفرماها دارد. در فرآیند کالیبراسیون تونل باد، پارامترهای جریان عبوری از محفظه آزمون تونل باد، اعم از توزیع سرعت و فشار، میزان یکنواختی، اغتشاش و زاویه جریان و نیز دقت اطلاعات و ... به دست آوره می شود. این فرآیند به دلیل داشتن طیف وسیعی از اعداد ماخ و ابعاد نسبتا بزرگ محفظه آزمون تونل باد بسیار زمان بر و پرهزینه است. در این تحقیق، جهت غلبه بر این مشکلات و صرفه جویی در زمان و هزینه، آزمون هایی در مقاطعی از محفظه آزمون در چند عدد ماخ انجام شده و داده های موردنظر اندازه گیری و اخذ شده است. سپس، برای بدست آوردن داده ها در سایر مقاطع و اعداد ماخ فیمابین از روش محاسبات نرم استفاده شده است. در واقع، با پایش بلادرنگ و داده کاوی مبتنی بر شبکه عصبی (GRNN) روی نتایج کالیبراسیون تونل باد و آموزش این شبکه، نتایج موردنظر در آن نقاط به دست آمده است. در این مقاله، نشان داده شده که شبکه عصبی رگرسیون عمومی بر روش های متداول تخمین توابع، نظیر حداقل مربعات، برتری کامل دارد. با به کارگیری این تکنیک هوشمند، تعداد دفعات آزمون تا 50 درصد تقلیل یافته و در نهایت هزینه و زمان انجام آزمون ها برای کالیبراسیون تونل باد به همین نسبت کاهش می یابد.

این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد یک پوسته استوانه ای نازک با رینگ تقویت شده ساخته شده از مواد هوشمند (FGM) که ترکیبی از فولاد ضدزنگ و نیکل می باشد، می پردازد. اثرات شرایط مرزی و رینگ تقویت شده روی فرکانس های طبیعی پوسته استوانه ای هوشمند (FGM) مورد مطالعه قرار گرفته است. پوسته های استوانه ای دارای رینگ تقویت شده هستند و محل این رنگ ها در طول پوسته اختیاری می باشد. مطالعه بر اساس تئوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی پوسته و تحلیل بر اساس اصل هامیلتون انجام شده است. معادلات حاکم بر حرکت پوسته، نتایج مربوط به خصوصیات فرکانس ها، اثر موقعیت رینگ تقویت شده و اثر شرایط مرزی ارایه شده است. با مقایسه نتایج این تحقیق و داده های موجود اعتبار تحلیل ارایه شده به اثبات رسیده است.

در این مقاله ربات مارسان بدون چرخ مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و معادلات حرکت آن از روش لاگرانژ بدست آورده شده است. در معادلات حرکت، مختصات تعمیم یافته زوایای مطلق هر عضو ربات و مختصات مرکز جرم ربات هستند. نیروهای اصطکاک موجود در سیستم به صورت کلمبی و با سطح تماس مستطیلی مورد بررسی قرار گرفته اند. برای اصطکاک کلمبی، از مدل اصطکاک بیضوی که نسبت به مدل اصطکاک لزج به واقعیت نزدیک تر می باشد، استفاده شده است. با توجه به اینکه زوایای نسبی ربات به صورت تابعی از زمان مشخص است، معادلات حرکت ربات به گونه ای که گشتاور عملگرها به طور مستقیم وارد معادلات نشود و زوایای نسبی ورودی سیستم باشند، به دست آمده است. با استفاده از تعریف انحنای مسیر منحنی سرپنوئیدی و کنترل پارامتری از این منحنی که بر روی چرخش کلی ربات تاثیر دارد، ربات به گونه ای کنترل می شود که بتواند مسیر تعیین شده را بپیماید. در این روش، ربات مسیرهای مشخص شده به صورت خط و یا منحنی را به خوبی طی می کند. با استفاده از این روش، ربات از نقطه ای خارج از مسیر مشخص شده به سمت آن مسیر هدایت شد و آن را دنبال می کند.

در این پژوهش، رفتار ارتعاشات آزاد تیر یک سر درگیر دارای ترک خستگی عرضی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، ارتعاشات عرضی تیر یک سر درگیر در مورد اول به صورت یک سیستم یک درجه آزادی با جرم، میرایی و سفتی معادل مدل سازی شده است. در این مدل، فرض می شود که در اثر باز و بسته شدن ترک، سفتی معادل به صورت یک تابع هارمونیک زمانی میان مقادیر سفتی معادل مربوط به حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک تغییر می کند. هدف از این تحقیق تعیین رابطه تحلیلی میان اجزای سوپرهارمونیک از یک سو و پارامترهای ترک و مشخصه های سیستم از سوی دیگر است. بدین منظور، معادله دیفرانسیل حاکم بر سیستم توسط روش مقیاس های چندگانه حل شده و پاسخ سیستم و طیف فرکانسی آن به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پاسخ سیستم به روش اغتشاشات از دو قسمت تشکیل شده که جمله اول آن پاسخ سیستمی با سفتی برابر میانگین سفتی معادل در حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک بوده و بخش دیگر جمله تصحیحی است که با اضافه شدن به جمله اول اثرات تغییر در سفتی معادل ناشی از باز و بسته شدن ترک را در پاسخ سیستم منظور می کند. در حقیقت، جمله تصحیح دربرگیرنده اجزای سوپرهارمونیک ظاهر شده در طیف فرکانسی سیستم است. صحت نتایج به دست آمده توسط روش های عددی و تست های تجربی به تایید رسیده است.

در این مقاله، با درنظر گرفتن دینامیک غیرخطی عملگر هیدرولیکی برای سیستم تعلیق فعال خودرو ابتدا یک کنترل کننده به روش لیاپانوف طراحی می شود. در این روش، به منظور کاهش شتاب های عمودی سرنشین و افزایش راحتی سفر مربع شتاب عمودی به عنوان تابع لیاپانوف منتخب درنظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که هرچند این کنترل کننده در کاهش شتاب عمودی موفق عمل می کند، ولی هیچ کنترلی روی عوامل موثر بر فرمان پذیری و پایداری خودرو ندارد. ضمن اینکه کنترل کننده طراحی شده از مقاومت خوبی در برابر تغییر پارامترهای سیستم برخوردار نیست. از این رو، در ادامه روش مد لغزشی به عنوان یک روش کنترل غیرخطی مقاوم مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، سطوح لغزش طوری انتخاب می شوند که سیستم غیرخطی رفتار مدل خطی قلاب آسمانی را که یک رفتار نسبتا مطلوبی دارد، به طور کامل ردیابی نماید. به منظور بهبود رفتار مدل مرجع از نظر راحتی سفر، با درنظر گرفتن محدودیت های فضای کاری سیستم تعلیق و ایجاد مصالحه بین راحتی سفر و فرمان پذیری، یک کنترل کننده بهینه LQR با ماتریس های وزنی قابل تنظیم برای مدل قلاب آسمانی نیز طراحی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که مدل غیرخطی سیستم تعلیق با کنترل کننده مد لغزشی به خوبی می تواند رفتار مدل مرجع جدید قلاب آسمانی بهبود یافته را دنبال کند. همچنین، کنترل کننده مد لغزشی در برابر تغییر پارامترها رفتار مناسبی از خود نشان می دهد.

در تحقیق حاضر پانل ساندویچی مستطیلی شکل با رویه های کامپوزیتی چند لایه و هسته از جنس مواد هدفمند که بر روی تکیه گاه مفصلی قرار داده شده، از نظر ارتعاشات آزاد تحلیل شده و سپس ارتعاشات اجباری آن تحت اثر بارگذاری در رویه بالایی پانل در دو حوزه فرکانس و زمان مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج معادلات حاکم بر مساله، از روش انرژی و اصل هامیلتون استفاده شده است. برای بررسی ارتعاش آزاد از پاسخ های فرض شده اولیه بر مبنای روش ناویر بهره گرفته شده و از حل عددی نیومارک جهت بررسی ارتعاشات اجباری پانل در حوزه زمان استفاده شده است. تاثیر تغییر پارامترهای هندسی و فیزیکی بر ارتعاشات اجباری پانل های مختلف بررسی شده و در نهایت نتایج بدست آمده از تحلیل ارتعاشی پانل ساندویچی با کارهای قبلی مقایسه شده و درستی نتایج حاصل تایید شده است.