دانش و فناوری هوا فضا
سال:1403 | دوره:13 | شماره:1 |تعداد مقالات:14

هدف از انجام این تحقیق ارزیابی مدل های توربولانسی k-ɛ شامل نسخه های استاندارد، Realizable و RNG در تحلیل عددی جدایش محموله در جریان گذرصوت بوده است. یک مدل استاندارد محموله و بال دلتا در نظر گرفته شده است. ابتدا معادلات حاکم بر سیال روی شبکه ی محاسباتی ساکن حل شده که طی آن 3 مؤلفه ی نیرو و 3 مؤلفه ی گشتاور روی محموله بدست می آیند. با توجه به این مؤلفه ها و وضعیت اولیه، موقعیت جدید بدست آمده است و با الگوریتم شبکه ی متحرک، محموله در موقعیت جدید قرار گرفته و معادلات سیال حول شبکه ی متحرک حل و همین روند تکرار شده است. نتایج نشان می دهد در مدهای پیچ و یاو، نتایج  لزج تفاوت چندانی با تحلیل غیرلزج ندارد و هر دو انطباق مناسبی با نتایج تجربی دارند، اما در مد رول نتایج غیر لزج خطای بسیار زیادی (43 درصد) داشته و با تحلیل لزج میزان قابل توجهی از خطا کاسته شده که مدل توربولانسی k-ɛ نسخه ی RNG دارای کم ترین خطا (19 درصد) بوده است. همچنین میزان زمان محاسبات در این حالت 32 درصد بیشتر از حالت غیرلزج بوده است.

در این مقاله ضرایب آیرودینامیکی یک دم عمودی هواپیما در سرعت های پایین در تونل باد تحت شرایط زوایای مختلف رادر و زوایای لغزش جانبی مختلف استخراج شده است. آزمایشات در تونل باد با مقطع آزمون 1 × 0/7 متر و در سرعت های جریان آزاد 20 و 30 متر بر ثانیه انجام شده است. نسبت انسداد مدل در تونل باد در بدترین شرایط آزمایش 2% است. آزمایشات در اعداد رینولدز 105×5 و 105×7/5 انجام شده است. نیروهای جانبی و درگ دم عمودی تحت زوایای رادر در شرایط 30- درجه تا 30 درجه و زوایای لغزش 7/5- درجه تا 7/5 درجه اندازه گیری شدند. تغییرات ضریب نیروی جانبی بر حسب زوایای انحراف رادر در محدوده زوایای مطالعه شده رفتاری تقریبا خطی دارد و ضریب درگ تغییراتی غیرخطی از خود نشان می دهد. در شرایط بدون لغزش جانبی، انحراف رادر از 0 تا 30 درجه باعث افزایش ضریب نیروی جانبی از 0 تا 0/65 شده است. لغزش جانبی در شرایط زوایای مثبت یا منفی باعث افزایش یا کاهش قابل توجهی در نیروی جانبی شده است.

استفاده از پی سی ام ها گزینه مناسبی در مدیریت حرارتی ماهواره ها به منظور جلوگیری از افزایش دما و بهبود عمر قطعات الکترونیکی تولید کننده حرارت است. این مواد ضمن تغییر فاز، گرمای نهان را ذخیره و در زمان مناسب انتقال می دهند. در این مقاله، به بررسی عددی استفاده از پره های متخلخل برای بهبود انتقال حرارت در پی سی ام ها پرداخته شده است. یک پارامتر به نام اثربخشی برای مقایسه طراحی های مختلف تعریف شده است. سامانه ای که مقدار بزرگ تری از این پارامتر را داشته باشد، پی سی ام بیشتری را در زمان کمتری ذوب می کند. هندسه مورد مطالعه یک استوانه تو در تو است که فضای بین آن ها با ماده پی­سی­ام پرشده و دیواره داخلی و خارجی در دمای ثابت هستند. اثر پارامترهای مختلفی نظیر طول و ضخامت پره های متخلخل، شرایط مرزی دمایی، جنس پره های متخلخل (اثر نفوذپذیری) و نوع پره بررسی شد. نتایج نشان می دهد که پره های متخلخل به خوبی می توانند مشکل پخش حرارت درون پی سی ام را حل کنند. به عنوان مثال هندسه با پنج پره  متخلخل (با طول و ضخامت به ترتیب 45 و 15 میلی متر) تقریباً زمان ذوب را به یک سوم کاهش داده و دارای اثربخشی 2٫9 است.

تحلیل دقیق شار حرارتی وارد بر سطح در اجسام بازگشت به جو مستلزم در نظر گرفتن فعل و انفعالات شیمیایی در جریان پیرامون آن است. هدف از این مقاله بررسی عددی شار حرارتی وارد بر جسم با در نظر گرفتن تجزیه هوا جهت افزایش دقت نتایج است. در تحقیق حاضر تاثیر شعاع دماغه، زاویه نیم راس و عدد ماخ جریان آزاد بر روی شار حرارتی وارد بر سطح مورد بررسی قرار گرفته است. برای تعریف دقیق خواص ترمودینامیکی و انتقالی علاوه بر مدل بلاتنر از نظریه جنبشی موجود در نرم افزار انسیس فلوئنت نیز جهت مقایسه استفاده شده است. نتایج نشان می­دهد با افزایش عدد ماخ به دلیل افزایش دما میزان تجزیه در لایه شوک و در قسمت نوک دماغه افزایش و هم چنین با دور شدن از خط سکون در طول لایه شوک نرخ تجزیه کمتر می­شود. با افزایش شعاع دماغه و کاهش زاویه نیم راس ضخامت لایه شوک افزایش در نتیجه میزان تجزیه گونه ها درون لایه شوک بیشتر شده و موجب کاهش شار حرارتی وارد بر سطح می­گردد که میانگین اختلاف شار حرارتی محاسبه شده از دو خواص انتقالی متفاوت تعریف شده با تغییرات شعاع و زاویه نیم راس ارائه شده است. نتایج به دست آمده با فرض گاز ایده­آل و گازغیرتعادلی نشان دهنده این است که محل قرارگیری موج شوک نسبت به نوک روی خط سکون تقریبا نصف شده است و دمای بیشینه روی خط سکون با فرض گاز ایده­آل  146 درصد افزایش نسبت به حل غیرتعادلی داشته است.

در این تحقیق نانوکامپوزیت های زمینه آلومینیوم "A357" تقویت شده با نانو ذرات اکسید منیزیم با درصدهای وزنی 0/5 ، 1 و 1/5 در شرایط مختلف نظیر سرعت های متفاوت سرد شدن مذاب و حالت آلیاژ با استفاده از روش ریخته گری گردابی اصلاح شده، ساخته شده اند. با انجام آزمایشات متعدد خواص مکانیکی آنها نظیر مدول یانگ، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، سختی، تغییر طول در هنگام تسلیم، تغییر طول در هنگام شکست، چقرمگی شکست و کارسختی تعیین و مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده مشخص شد که با افزودن نانو ذرات اکسید منیزیم به آلومینیوم A357، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت به وجود آمده به مراتب بهتر از آلیاژ پایه است. همچنین مشخص شد که محدوده ی بهینه درصد افزودنی اکسید منیزیم به آلومینیوم A357 برای افزایش استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی بین 0/5 تا 1 درصد، برای افزایش مدول یانگ در حدود 1 درصد، برای افزایش چقرمگی و درصد تغییر طول به طول اولیه در حدود 0/5 درصد است.

بال های هوشمند یا تغییر شکل پذیر در طراحی هواپیماها و پهپادها مورد توجه قرار دارند. استفاده از بال های تغییر شکل پذیر باعث می شود پرنده در حالت های مختلف پروازی خود، شکل و پروفیل های متناسبی را در بال های خود داشته باشد. این کار مزیت های فراوانی دارد که از جمله آنها می توان به عدم الزام یکسان بودن ابعاد اولیه و پروازی پرنده اشاره کرد. یکی از انواع بال های تغییر شکل پذیر، بال های بادشونده هستند که در آنها سازه بال از موادی مانند الاستومرهای تقویت شده ساخته می شود و در حالت اولیه بصورت جمع شده در داخل بدنه پرنده قرار می گیرد. بال ها در زمان مناسب با اعمال فشار گاز،  باد شده و گسترش می یابند. در این مقاله، انواع بال های باد شونده و تغییر شکل پذیر بررسی شده و پارامتر های مهم طراحی مانند شکل و تعداد بافل ها در عملکرد بال مطالعه می شوند. همچنین با الهام از ساختار پر پرندگان، طرح جدیدی ارائه شده و با انجام بهینه سازی، پارامترهای طراحی آن استخراج شده است. نتایج این پژوهش نشان داده است که عملکرد طرح جدید نسبت به طرح اولیه بهبود قابل ملاحظه ای از نظر سازه ای و آیرودینامیکی یافته است. نیروی برآ برای بال با بافل های مستطیلی برای سرعت حرکت 75 متر بر ثانیه و زاویه حمله صفر 769 نیوتن بدست آمد در حالیکه این مقدار برای بافل های با الهام از پر 1070 نیوتن حاصل شد. در عین حال، نیروی پسا برای بافل مستطیلی 64 نیوتن و برای بافل الهام گرفته از پر شکل 43 نیوتن بدست آمد که نشان دهنده عملکرد بهتر این نوع طراحی می باشد.

روش طراحی معمول هدایت و کنترل، به دلیل در نظر نگرفتن تداخل زیرسیستم های هدایت و کنترل و نیز به دلیل تأخیر ناشی از اختلاف فرکانس کاری زیرسیستم ها، سبب ناپایداری یا فاصله عدم برخورد غیرقابل قبول می شود. از این رو بهتر است حتی الامکان حالت های مختلف برای زیرسیستم های هدایت و کنترل به طور هم زمان در روند طراحی در نظر گرفته شوند تا دقت و عملکرد کلی سیستم در فاز نهایی افزایش یابد. این امر موجب بهبود کارآیی و صرفه جویی در زمان و هزینه می گردد. در روش طراحی یکپارچه سیستم هدایت و کنترل، تمام قیود زیرسیستم ها در حین طراحی در نظر گرفته می شوند و درنتیجه عملکرد سیستم بهبود خواهد یافت. این مقاله به تشریح روند طراحی و شبیه سازی عملکرد کنترل کننده تطبیقی یادگیری عمیق و فازی می پردازد، که به منظور هدایت موشک در یک سناریوی دو بعدی جهت کمینه سازی زمان برخورد و فاصله عدم برخورد به هدف ایجاد شده است. در طراحی کنترل کننده، ابتدا یک کنترل کننده شبکه عصبی یادگیری عمیق بصورت آفلاین طراحی شده و بصورت جدول بهره در کنترل کننده تطبیقی استفاده می شود. در ادامه، با اضافه کردن کنترل فازی، توانمندی این کنترل کننده افزایش می یابد. عملکرد هر دو کنترل کننده در حضور اغتشاش مورد ارزیابی قرار میگیرد و با توجه به شبیه سازی ها نشان داده شد که استفاده از این کنترل کننده های پیشنهادی و به کارگیری مدل هدایت و کنترل یکپارچه، فاصله عدم برخورد نهایی موشک به هدف و زمان برخورد در مقایسه با کنترل کننده PID کاهش یافته است.

یکی از مباحث مهم و موانع توسعه سیستم­های پایش سلامت وسایل پرنده، حجم بالای داده های مورد نیاز جهت صحه گذاری و اعتبارسنجی الگوریتم ها است. در این پژوهش راهکاری مناسب جهت کاهش تعداد سنسور­ها، حجم داده های مورد نیاز و محاسبات در سیستم پایش سلامت روتور اصلی بالگرد ارائه شده است. بدین منظور، با استفاده از شبکه­های عصبی خودسازمان­ده، شیوه­ای جدید جهت تحلیل حساسیت میان مشخصه­های استخراج شده از سیگنال های ارتعاشی مدل دینامیکی روتور اصلی بالگرد جهت تقلیل داده برداری پیشنهاد شده است. در ابتدا  با استفاده از یک مدل دینامیکی غیرخطی مفصل بالگرد، سیگنال های متناظر با 15 حالت نابالانسی جرمی به عنوان گستره ای از عیوب روتور شبیه سازی گردیده است. سپس، 16 مشخصه تحلیل سیگنال ارتعاشی از شتاب­های خطی و زاویه­ای وارده بر هاب روتور اصلی در حالت دائمی پرواز، از طریق پیش پردازش و روابط مربوطه استخراج شده است. در نهایت از طریق یک شبکه عصبی خودسازمان­ده، نمونه­های مختلف بانک اطلاعاتی 96 مشخصه ارتعاشی، خوشه بندی گردیده و مشخصه­های مهم و کلیدی جهت استفاده در الگوریتم عیب یابی با استفاده از نمودار توزیع وزن مشخصه های مختلف معرفی شده است.

یکی از مهم ترین گام ها جهت استفاده­ بهینه از فرصت­های فضا و کسب ایمنی در مقابل مخاطرات فضایی، تعیین موقعیت و تخمین وضعیت اجرام موجود در آن می­باشد. با توجه به وجود اغتشاشات مداری در ارتفاعات مختلف که پیش بینی دقیق مسیر حرکت اجرام فضایی را برای مدت طولانی ناممکن می سازند، دستیابی به روش هایی پایدار جهت تعیین مدار دقیق این اجرام ضرورتی غیرقابل اجتناب است. با استقبال روزافزون استفاده از ابزارهای اپتیکی برای پایش فضا به علت قیمت پایین و دسترسی آسان و درعین حال وجود محدودیت های ذاتی در تعداد مشاهدات اپتیکی و دقت تخمین مدار با روش های کلاسیک، در این پژوهش توانمندی شبکه های عصبی مصنوعی به منظور بهبود دقت تعیین مدار اجرام فضایی مبتنی بر مشاهدات اپتیکی زمین پایه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به منظور آموزش و ارزیابی شبکه، بستر شبیه سازی توسط داده های واقعی موقعیت یک ماهواره و سپس اعمال مدل مشاهدات اپتیکی روی آن ها فراهم می گردد. شبکه حاصل، موفق به افزایش چشم گیر دقت تعیین مدار در زمان مشاهده و همچنین کاهش چندین برابری خطای انتشار مدار در زمان های آتی گردید که استفاده های علمی و عملیاتی مهمی را به ویژه برای بهره گیری در مبحث مدیریت ترافیک فضایی و آگاهی وضعیتی فضا پوشش می دهد.

هدف این مقاله نشان دادن قابلیت الگوریتم­های بهینه­سازی هیبرید در پیدا کردن طرح بهینه مناسب در مسائل بهینه­سازی سیستم های پیچیده است. لذا در این مقاله بهینه­سازی طراحی یک هواپیمای بی­سرنشین به عنوان یک سامانه پیچیده با استفاده از روش بهینه­سازی طراحی چندموضوعی1، الگوریتم ژنتیک2 و الگوریتم بهینه­سازی هیبرید3 ارائه داده شده است. در این تحقیق، الگوریتم بهینه­سازی هیبرید از الگوریتم ژنتیک به عنوان بهینه­ساز کلی و از روش برنامه ریزی مربعی ترتیبی4 به عنوان بهینه­ساز محلی استفاده نموده است. مساله بهینه­سازی این تحقیق یک مساله بهینه­سازی طراحی چندهدفه است که توابع هدف در نظر گرفته شده در آن کمینه­سازی وزن برخاست و نیروی پسآی فاز سیر می­باشند. قیود در نظر گرفته شده نیز مربوط به زوایای انحراف سطوح کنترل، پایداری و ویژگی­های کیفیت پروازی (ضرائب میرائی، فرکانس­های طبیعی و ثابت­های زمانی) می­باشند. مساله بهینه­سازی طراحی مطرح شده با استفاده از الگوریتم­ بهینه­سازی هیبرید و الگوریتم ژنتیک بطور مجزا حل گردیده و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده است. اگرچه هر دو طرح قابل قبولند اما نتایج نشان می­دهند که حل­ بهینه به دست آمده از الگوریتم هیبرید از نقطه نظر توابع هدف بهتر از حل بهینه به دست آمده از الگوریتم ژنتیک است که این موضوع عملکرد خوب این الگوریتم را برای بهینه­سازی طراحی سیستم­های پیچیده نشان می­دهد.

کنترل کننده های PID به عنوان یکی از رایج ترین و موفق ترین تکنیک ها برای کنترل سیستم های دینامیکی در نظر گرفته شده اند. بااین حال، در صورت وجود عدم قطعیت ها و سیستم های پیچیده، عملکرد آن ها ممکن است نامطلوب باشد. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی و بهبود عملکرد کنترل کننده PID در سیستم ناوبری کوادکوپتر سم پاش زراعی با بار متغیر و با استفاده از رویکردهای مبتنی بر فازی است. ابتدا پارامترهای کنترل کننده PID، ثابت و سپس بر اساس جدول جستجو و باتوجه به تغییرات بار کوادکوپتر تنظیم می شوند. شبیه سازی ها نشان می دهد که کنترل کننده PID با پارامترهای ثابت و یا با کمک جدول جستجو، در صورت عدم قطعیت هایی مانند تغییرات بار، عملکرد مورد انتظار خود را ندارند.  درنتیجه، تنظیم دقیق تر پارامترها ضروری می شود؛ بنابراین، از سیستم های فازی برای تنظیم برخط پارامترهای کنترل کننده PID در سیستم ناوبری کوادکوپتر سم پاش با بار متغیر استفاده شده است. کنترل کننده PID مبتنی بر فازی در مقایسه با کنترل کننده PID با پارامتر ثابت و یا جدول جستجو، دقت بالاتر و ناوبری پایدارتری را به دست می آورد.

در این مقاله سیستم کنترل یک ریزپرنده چهارپره جهت ردیابی یک مسیر مرجع ارزیابی شده است. الگوریتم های کنترل با هدف قابلیت پیاده سازی سخت افزاری و در نظر گرفتن محدودیت های توانی و پردازشی ریزپرنده چهارپره توسعه داده شده است. برای این منظور ابتدا یک کنترل کننده تناسبی-مشتقی (PD) که ضرایب آن توسط الگوریتم ژنتیک به صورت برون خط بهینه شده است برای کنترل هر دو حلقه بیرونی (حلقه کنترل موقعیت) و داخلی (حلقه کنترل وضعیت) پیاده سازی شده است. با توجه به اغتشاشات و عدم قطعیت های محیط واقعی، تأثیر جایگزینی کنترل فازی (Fuzzy) بر عملکرد ریزپرنده در حلقه های کنترل بیرونی و داخلی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که جایگزینی کنترل کننده فازی در حلقه داخلی باعث بهبود ردیابی مسیر مرجع شده است. همچنین عملکرد مطلوب این کنترل کننده برای ریزپرنده چهارپره در حضور اغتشاش و عدم قطعیت نیز اثبات شده است.

هدف از مقاله حاضر طراحی و توسعه فناوری ساخت ستون های نگهدارنده آینه همگرای یک رصدخانه فضایی با استفاده از روش بافت دورانی الیاف کربن است. به این منظور یک الگوریتم برای به دست آوردن زاویه تقویت کننده و نوع الیاف و چسب، یک الگوریتم برای به دست آوردن پارامترهای تکنولوژی دستگاه بافت دورانی و یک الگوریتم برای تصحیح زاویه تقویت و سرعت محوری قالب درون دستگاه پیشنهاد شده است. با استفاده از این الگوریتم­ها یک سازه نمونه طراحی و ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. مطالعات نرم افزاری و تجربی به منظور صحت­سنجی الگوریتم­ها انجام شده است. نتایج مطالعات تجربی و محاسباتی تطابق خوبی با الزامات سازه­ی ستون های نگهدارنده آینه همگرای یک رصدخانه فضایی نشان دادند و الگوریتم­های پیشنهادی برای طراحی چنین سازه­های مناسب تشخیص داده شده است.

در سال های اخیر، توسعه ی پهبادهاi یک تغییر راهبردی اساسی و نوین در سیستم های ارتباطی بی سیم بوده است. این فناوری نوظهور، با بهره برداری از قدرت مانور بالا و نیز هزینه کم، قادر است ارتباطات فراگیر، به خصوص در نقاط حساس و مناطق دوردست، فراهم آورد. اخیراً یک راهکار امنیتی نوین و کارآمد به نام تولید کلید مخفی لایه فیزیکی بسیار مورد توجه محققان و صنعت گران قرار گرفته است. این روش، به دلیل سبک وزنiii بودن و مقیاس پذیری آسان برای کاربردهای پهباد جذاب است. با این حال، در ارتباطات پهباد به پهباد ایستاiv، تولید کلید مخفی با دو چالش مهم مواجه است: نرخ پایین تولید کلید و وجود نواحی آسیب پذیریv . برای مرتفع کردن ضعف اول، می توان از مولدهای تصادفی محلٌی توسط خود پهبادها استفاده کرد. به طور خاص در این مقاله، سیگنال های کاوش کانالvi ارسالی توسط پهبادها، فاز تصادفی دارند. همچنین برای افزایش نرخ تولید کلید پیشنهاد شده است که یک گره خارجی به نام رله (که به آن اعتماد نداریم) در فرآیند تولید کلید شرکت کند. برای چنین مدل سیستمی، یک طرح تولید کلید امن پیشنهاد شده است. از آنجایی که کلید پیشنهادی مرکب از چندین فاز تصادفی می باشد، آنتروپی بالایی دارد. سپس، ضمن ارائه ی حمله برای شنودگر، طرح از منظر محرمانگی هندسیvii مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که طرح پیشنهادی در مقایسه با مرجع اخیر (بدون رله)، نواحی آسیب پذیری کمتری دارد.