دانش و فناوری هوا فضا
سال:1396 | دوره:6 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

جریان های دوفازی و چندفازی از انواع پرکاربرد جریان ها در علوم مهندسی سیالات محسوب می شوند. از جمله مسائل کاربردی در این زمینه، جریان دوفازی لایه ای است که در اثر قرارگیری دو سیال غیرقابل اختلاط در مجاورت هم ایجاد می شود. در این نوع از جریان، خواص سیال می تواند به طور ناگهانی در سطح فاصل یا جداکننده دو سیال تغییر کند. از جمله چالش های مهم در شبیه سازی عددی جریان دوفازی لایه ای تعیین دقیق موقعیت سطح فاصل است. پژوهش حاضر توسعه یک الگوریتم تعقیب سطح فاصل بر مبنای رهیافت اویلری - لاگرانژی اختیاری به روش مرکزسلول و فشارمبنا با حلگر کوپل را ارائه می دهد. برای بررسی صحت عملکرد این الگوریتم، حل تحلیلی جریان دوفازی لایه ای تحت تاثیر نیروی گرانش استخراج و سپس نتایج شبیه سازی عددی این جریان در حالات گوناگون با حل تحلیلی مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان از دقت بسیار خوب نتایج، با وجود استفاده از شبکه ای نسبتا درشت و یکنواخت، دارد. تغییرات زمانی موقعیت سطح فاصل تا رسیدن به حالت پایا نشان می دهد که هرچه اختلاف خواص دو سیال (به ویژه لزجت) بیشتر باشد، امواج پیش رونده حاصل از برخورد دو سیال نیز بزرگتر می شود. بررسی اثر نیروی گرانش نیز نشان می دهد که نیروی گرانش مثبت سبب کاهش ضخامت سیال سنگین تر و نیروی گرانش منفی موجب افزایش آن نسبت به حالت نیروی گرانش صفر می شود. البته میزان تغییر ضخامت در نیروی گرانش مثبت بسیار بیشتر از نیروی گرانش منفی است.

هدف مقاله حاضر توسعه مدلسازی جریان آشفته ناپایا با استفاده از رهیافت آشفتگی URANS در عین حفظ راندمان عددی و ارزیابی این روش نسبت به رویکرد RANS در شبیه سازی عددی یک جت صوتی در جریان جانبی مافوق صوت است. مدل آشفتگی مورد استفاده در هر دو رهیافت، مدل آشفتگی اسپالارت آلماراس می باشد. برای بهبود دقت محاسبات از شبکه بندی چندبلوکی باسازمان و برای تسریع محاسبات از روش پردازش موازی به روش OMP استفاده شده است. در این مقاله، ابتدا روابط حاکم بر هر دو رهیافت URANS و RANS تشریح می شود و سپس کد توسعه یافته، برای تحلیل جریان یک جت سه بعدی در جریان جانبی مورد استفاده قرار می گیرد و نتایج آنها در تشکیل ساختار جریان و توزیع فشار و سرعت با نتایج تجربی مقایسه می شود. نتایج بیانگر دقت مناسبتر رهیافت URANS در مدلسازی پدیده جت صوتی در جریان عرضی نسبت به مدلسازی آشفته RANS می باشد.

مقاله حاضر به مطالعه تاثیر نانوسیال بر عملکرد لوله حرارتی با سه اواپراتور در کاربردهای خنک کاری تجهیزات ماهواره می پردازد. نانوذرات مورد استفاده اکسید مس و تیتانیوم می اشند. عبارت های توزیع دمای سطح لوله حرارتی که با روش جداسازی متغیرهای به روش تحلیلی به دست می آیند شامل سری هایی نامتناهی است که به کمک نرم افزار متلب و اعمال خواص نانوسیال ها حل شده اند. نتایج نشان می دهد که استفاده از نانوسیال به جای آب می واند سبب کاهش بیشتر دمای تجهیزات ماهواره و یکنواخت تر شدن دما گردد. همچنین ملاحظه شد که افزایش غلظت نانوذره وکاهش قطر آن تاثیر شگرفی در کاهش مقاومت حرارتی و درپی آن بهبود عملکرد لوله حرارتی دارد. در بهترین حالت افزایش غلظت نانوذره 10 نانومتری اکسید مس تا 8 درصد باعث افزایش ضریب انتقال حرارت لوله جرارتی تا 75 درصد می گردد. به کارگیری نانوسیال باعث می شود سطح انتفال حرارت کمتری مورد نیاز باشد، لذا وزن لوله حرارتی در بهترین شرایط (نانوذرات اکسید مس 8 درصد با قطر 10 نانومتر) تا 35 درصد کاهش می یابد. یافته های این مطالعه نشان می دهد نانوذرات اکسید فلزات می توانند پتانسیل بالایی در کاربردهای خنک کاری تجهیزات فضایی داشته باشد.

در این مقاله تاثیر نحوه شکل گیری شعله آشفته بر مشخصه های احتراقی در یک محفظه احتراق مدل توربین گاز با استفاده از مدل فلیملت آرام بررسی شده است. تاثیر تعداد فلیملت ها و نرخ استهلاک اسکالر آرام آنها بر مشخصات جریان واکنشی همچون دما، نرخ استهلاک اسکالر آشفتگی شعله، غلظت گونه ها و آلاینده نیتروژن مونوکسید در مقاطع مختلف محفظه احتراق از نتایج این مقاله است. برای حل معادلات حاکم بر احتراق غیرپیش آمیخته کروسین مایع در محفظه احتراق مدل از شبکه بندی منظم حجم محدود استفاده شده است. در شبیه سازی عددی جریان دو فاز واکنشی این محفظه احتراق، از مدل آشفتگی ، مدل احتراقی فلیملت پایا و سازوکار شیمیایی 26 واکنشی با 17 گونه مستقل استفاده شده است. این مقاله در سه حالت گوناگون فلیملت انجام و نتایج آنها با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که تاثیر تعداد فلیملت های آرام و ماکزیمم نرخ استهلاک اسکالر شعله بر سرعت جریان ناچیز است. با این حال این دو پارامتر بر دمای شعله تاثیرگذارند. در حالتی که شعله از تعداد فلیملت آرام و ماکزیمم نرخ استهلاک اسکالر بزرگتری تشکیل شده باشد، اختلاف کمتری بین دمای شبیه سازی و آزمایشگاهی مشاهده می شود. با کاهش تعداد فلیملت های آرام و ماکزیمم نرخ استهلاک اسکالر از کشیدگی شعله کاسته و دما و آلاینده نیتروژن مونوکسید بیشتری پیش بینی می شود.

در این پژوهش به طراحی، ساخت و تست تجربی یک نمونه تراستر گاز گرم یا پینتل ولو پرداخته شده است. برای این منظور نخست از روش هایی چون روش مشخصه ها و طراحی معکوس استفاده شده است که به دلیل محدودیت های موجود در این روش ها، نتایج مطلوبی حاصل نشد و سرانجام از روش پیش بینی و اصلاح استفاده شد. سپس پارامترهای موثر در عملکرد تراستر مانند قطر گلوگاه، قطر ورودی و خروجی شیر و پروفیل همگرا و واگرا مورد بررسی قرار گرفت و سرانجام با در نظر گرفتن ضریب اطمینان 1.2 تراستری با تراست خروجی در حدود 32000 نیوتن طراحی شد. سپس زاویه ورودی گاز داغ به تراستر مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به محدودیت های موجود، زاویه ورودی30 درجه به عنوان زاویه بهینه تعیین شد. در پایان، شیر طراحی شده ای با زاویه ورودی 90 درجه ساخته و به صورت تجربی تست شد. نتایج تراست تست تجربی از انطباق قابل قبولی با نتایج حاصل از شبیه سازی برخوردار بود و میزان خطای کمتر از 10 درصد را نشان داد.

شبیه سازهای دینامیک وضعیت از جمله پرکاربردترین تجهیزاتی هستند که در پژوهش های پایداری و کنترل سامانه های فضایی کاربرد دارند، زیرا حرکت چرخشی بدون قید تولید و در عین سادگی، انجام تست های عملی ماهواره یا فضاپیما روی زمین را ممکن می کنند. ویژگی منحصر به فرد این تجهیزات در شبیه سازی محیط عملکردی ماهواره است که سه درجه آزادی چرخشی مقید یا نامقید (بسته به نوع یاتاقان هوایی) تولید می نماید. در این مقاله، ضمن دسته بندی انواع شبیه سازهای دینامیک و کنترل وضعیت ماهواره، روی شبیه سازهای مبتنی بر یاتاقان هوایی تمرکز می شود و سیر تحول طراحی و ساخت آن را به طور کامل مورد بررسی قرار می گیرد. ارائه دستاوردهای موجود و ارزیابی آنها در کنار دسته بندی مراجع موجود در حوزه شبیه سازهای سخت افزاری ماهواره، از ویژگی های دیگر این مقاله است که استفاده از آن را برای متخصصان و دانشجویان علاقه مند به این سیستم ها فراهم می آورد.

بروز افت و تاخیر تصادفی در تبادل داده هایی که توسط حسگرهای هدایت اندازه گیری می شوند، پدیده ای متداول در سامانه های پدافندی است و بر نتیجه نهایی درگیری موثر است. اگرچه طراحی فیلتر کالمن برای تخمین مقدار متغیرهای مورد استفاده در قانون هدایت، مشکل را تا حدی کاهش می دهد، اما عملکرد مناسب فیلتر کالمن به داشتن مدل دقیق سیستم وابسته است، در حالی که در مسائل عملی، به دست آوردن دقیق پارامترهای مدل آماری، که پدیده تصادفی افت و تاخیر را توصیف می کند، میسر نیست. در این مقاله، یک فیلتر کالمن تطبیقی به کار برده می شود تا نامعینی در مشخصات آماری مدل افت و تاخیر تصادفی را در مسئله هدایت خط دید یک پرنده هدایت شونده جبران کند. جزئیات مدلسازی مسئله هدایت خط دید در حضور داده های در معرض افت و تاخیر ارائه شده و به دنبال آن نحوه استخراج ساختار فیلتر و محاسبه ضریب تصحیح و اعمال آن در فرایند فیلترینگ تشریح شده است. در نهایت، برتری عملکرد فیلتر تطبیقی پیشنهادی در مقایسه با روش رقیب موجود، با شبیه سازی نشان داده می شود.

امروزه شبیه سازهای پرواز، به عنوان جزئی جدایی ناپذیر در صنعت هوانوردی، نقش مهمی در آموزش خلبانی و توسعه تجهیزات جدید دارند. سامانه حرکت ساز بهینه با وجود ویژگی های مثبت از جمله حجم محاسباتی کم با قابلیت پیاده سازی مناسب، به دلیل محدودیت در حفظ حرکت سامانه در محدوده فضای کاری در مانورهای پیچیده، با مشکلاتی جدی روبروست. سامانه های حرکت ساز کنترل پیش بین به علت قابلیت ذاتی در مقیدنمودن ورودی ها و متغیرهای حالت فرایند، ضمن حفظ همزمان کیفیت مطلوب خروجی، توسعه فزاینده ای یافته اند. وظیفه کنترل پیش بین در سامانه های حرکت ساز، حل مسئله بهینه سازی در پنجره افق پیش بین برای تعیین حرکت امکان پذیر شبیه ساز با هدف کاهش تفاوت حس حرکتی خلبان در وسیله واقعی و شبیه ساز در محدوده کاری سامانه حرکتی است. این روش براساس کمینه سازی تابع هدف درجه دوم شامل متغیرهای حس حرکتی، متغیرهای متناظر سامانه حرکتی و ورودی کنترلی استوار است، اگرچه در این رهیافت نیازی به طراحی و استفاده از فیلترهای شستشو نیست. در این مقاله، نحوه برپایی روشمند سامانه حرکت ساز کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و مقایسه عملکرد آن با روش حرکت ساز بهینه ارائه شده است. رویکرد حرکت ساز پیشنهادی در مانور شیب - طولی ضمن ایجاد حس حرکتی یکسان، با حرکت های محدودتر و هموارتر سبب حفظ کارآمدتر سامانه حرکتی در محدوده عملیاتی آن می شود و قابلیت شبیه ساز برای مانورهای پیچیده تر را افزایش می دهد.

از جمله مسائل پرکاربرد در زمینه گشت زنی هوایی، پیمایش مرزی، نجات و جستجو نظارت مداوم است و وجه تمایز آن با دیگر مسایل زمان بازبینی محدوده های مهم می باشد. به عبارت دیگر، تمرکز اصلی مسئله بر زمان بین دو بازدید متوالی یک منطقه مشخص است، هرچه این زمان کوتاه تر باشد، تغییرات و جزئیات دینامیک محدوده با دقت بالاتری در گشت زنی ها رصد می شود. در این مقاله برای دستیابی به کمترین زمان بازبینی از یک تابع هیوریستیک مبتنی بر زمان عمر محدوده و مکان نقاط استفاده شده است. این تابع ارزش هر نقطه را براساس توابع وزنی تعریف می نماید که با بهینه سازی این ضرایب توسط الگوریتم ژنتیک می تواند کمترین زمان بیشینه بازبینی را برای تمامی گره ها در چندین تکرار متوالی محاسبه کند. مقدار بهینه این ضرایب وزنی تابع مکان نقاط و تعداد عامل ها بوده و برای هر مسئله یک مقدار یکتاست. در مسائل چندعاملی با افزودن تعداد توابع وزنی و تعریف توابع هیوریستیک از دیدگاه کلی، رویکرد پیمایش مشخص می شود. در این مقاله، با تفکیک پیمایش به شیوه های پایه چمن زنی و حلزونی، ضمن محاسبه کمترین زمان بازبینی در محیط پیوسته، معیاری برای مقایسه و اعتبارسنجی نتایج استخراج شده است. نتایج سبب پیمایش بهینه و هدفمند مجموعه ای از نقاط با اهمیت یک محدوده، در زمانی کمتر و با توجه به قابلیت های دینامیکی پرنده است.

در این مقاله، اثر هندسه شبکه بر پاسخ آنالیز مودال در سازه استوانه ای مشبک کامپوزیتی مطالعه شده است. سازه استوانه ای مورد مطالعه دارای دو نوع شبکه شش ضلعی و مثلثی است که از کامپوزیت کربن / اپوکسی ساخته شده است. برای رسیدن به سازه ای با دقت ابعادی بالا، سازه با استفاده از نوعی قالب منعطف بسیار دقیق به روش رشته پیچی ساخته شده و پس از پایان فرایند پیچش و تثبیت پیکره کلی آن، در داخل کوره پخت شده است. در ادامه رفتار ارتعاشی سازه با انجام آنالیز مودال تجربی به منظور تعیین فرکانس های طبیعی و شکل مودهای مختلف آن در شرایط تکیه گاهی آزاد - آزاد مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین با استفاده از روش المان محدود رفتار ارتعاشی سازه برای شرایط تکیه گاهی فوق بررسی و نتایج آن با نتایج آنالیز مودال تجربی مقایسه شده است. نتایج تحلیل های فوق نشان می دهند سازه با شبکه مثلثی در شرایط تکیه گاهی مختلف فرکانس های طبیعی بالاتری نسبت به سازه با شبکه شش ضلعی دارد. در ادامه، اثر انواع دیگر شرایط تکیه گاهی (گیردار - آزاد و گیردار - گیردار) نیز به روش المان محدود بر ارتعاشات آزاد سازه و تاثیر آنها بر فرکانس های طبیعی و شکل مودها مطالعه شده است. مقایسه نتایج تحلیل عددی و آنالیز مودال تجربی، گویای هماهنگی و نزدیک بودن مقادیر نتایج حاصل از آنها و همچنین تصدیقی بر کارآمد بودن روش تحلیل المان محدود به کار رفته در این پژوهش می باشد.