مقاله علمی بازیابی نرم یک راکت مافوق صوت به کمک ناپایدارسازی

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 26 صفحه

چکیده:

در این تحقیق بازیابی نرم یک راکت مافوق صوت به کمک ناپایدارسازی، توسط یک روش عددی حجم محدود و روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در روش عددی مذکور معادلات ناویر استوکس پس از گسسته‌سازی به روش حجم محدود با استفاده از الگوریتم فشار مبنا توسط یک حل کننده ضمنی حل شده است. در روند حل از ایده برون یا درون یابی مرتبه دوم بالا دست استفاده شده و برای در نظر گرفتن اثر آشفتگی مدل اسپالارت الماراس بکار برده شده است. در روش تجربی یک رادار داپلر بر روی مسیر پرواز پیش‌بینی شده تنظیم شده و منحنی سرعت-زمان پرتابه هنگامی که از مقابل رادار می‌گذرد ثبت گردیده است. با توجه به شبیه‌سازی عددی، ابتدا ضرایب آیرودینامیکی راکت ناپایدار، در سرعتهای و زوایای مختلف چرخش محاسبه شده, سپس مدلسازی دینامیک پرواز راکت ناپایدار، با توجه به ضرایب آیرودینامیکی انجام گرفته است. در انتها نتایج تئوریک مذکور با منحنیهای تجربی سرعت که توسط رادار داپلر ثبت گردیده، مقایسه شده است.

1- مقدمه

در تمام مراحل طراحی و ساخت یک پرتابه، تستهای مکرر میدانی نه تنها پرهزینه و طاقت فرساست، بلکه نشان دهنده تعداد اندکی از خطاهای سیستم خواهد بود. استنتاج علل خطا از روی بازمانده‌های پرتابه‌ای که در برخورد با زمین متلاشی شده است دور از انتظار است. بنابراین بازیافت نرم پرتابه‌ها از دیرباز مورد توجه بوده است، ولی با پیشرفت تکنولوژی، این مسئله ابعاد جدیدی یافته است. طرحهای فراوان و روشهای گوناگونی برای بازیابی نرم پرتابه‌ها اجرا شده‌اند. یک روش سنتی آن است که پرتابه در تپه‌ای از ماسه بادی و یا استخر آب شلیک و بازیابی نرم شود. روش سنتی دیگر استفاده از چتر است که چندین کتاب و هندبوک در باره آن تدوین شده است [1، 2]. در بسیاری از پرتابه‌های امروزی، شتاب منفی روشهای مذکور پذیرفتنی نیست. ‌هنوز هم هر دو روش مذکور در ترکیب با طرحهای جدید مورد استفاده قرار می‌گیرند.

Benedetti [3] به بررسی دینامیک پرواز گلوله‌های معمولی 155 و 200 میلیمتری می‌پردازد. این گلوله‌ها در زاویه نزدیک به قائم شلیک می‌شوند و در نزدیکی قله پرواز که سرعت بسیار کم است توسط یک چتر بازیابی نرم می‌شوند. یک مکانیزم هرزگرد اتصال چتر و گلوله را برقرار می‌کند تا دوران گلوله باعث بهم پیچیدن چتر نشود. در بعضی طرحها با باز شدن یک ترمز ایرودینامیکی دوران گلوله را کاهش می‌دهند. گاهی با استفاده از یک مکانیزم جدایش ماسوره و چتر را از بقیه قسمتهای گلوله جدا می‌کنند، تا با کاهش جرم بازیافتی، این مشکلات را کاهش دهند. Pepper و Fellerhoff [4] به بهبود طرحهای بازیافت نرم گلوله 155 میلیمتری پرداختند.

Ilyong و همکارانش [5] با یک گلوله هوشمند حاوی بردهای الکترونیکی مواجه بودند که در هنگام شلیک با شتاب g20000 مواجه می‌شد. در این شتاب 20 کیلوگرم نیرو به یک المان یک گرمی وارد می‌شود. آنها برای بازیابی نرم این گلوله، یک کمپرسور بالستیکی طراحی کردند. سپس رفتار این کمپرسور بالستیکی را با یک کد کامپیوتری بررسی کرده و با یک مدل آزمایشگاهی مقایسه کردند.

Evans و همکارانش [6، 7] برای بازیابی نرم یک گلوله هدایت شونده توپخانه، از دستگاه بازیافت نرم گلوله کالیبر بزرگ (LCSRS)، استفاده کردند. این دستگاه 60 متری با شیب ناچیزی بتدریج وارد آب می‌شود. سر گلوله مورد مطالعه به یک آب پخش‌کن مجهز می‌شود و پس از شلیک گلوله بین یک نبشی و ریل مهار شده و بتدریج وارد آب می‌شود. انرژی جنبشی گلوله از طریق آب پخش‌کن به آب منتقل شده و گلوله بتدریج متوقف می‌شود. Evans [8] یک گلوله mm155 را با دستگاه LCSRS بازیابی نرم کرد. Myers و همکارانش [9] نیز گلوله هدایت‌شونده توپخانه‌ای Excalibur را با دستگاه LCSRS بازیابی نرم کردند. Cordes [10] گلوله Excalibur را به چتر مجهز کرده و آنرا بازیابی نرم کرد.

Derbidge و Dahm [11] برای بررسی اثرات بازگشت به جو زمین، مبادرت به بازیابی نرم یک گلوله در لوله‌ای با گاز فشرده کردند. Garner و همکارانش [12]، تعداد 10 گلوله 120 میلیمتری را، جهت ثبت تاریخچه شتاب، به یک حافظه الکترونیکی مجهز کردند. آنها برای بازیابی نرم چهار جعبه در نظر گرفتند که به ترتیب با علوفه، خاک‌اره، کود گیاهی و ماسه پر شدند. گلوله با عبور از بسترهای علوفه، خاک ‌اره، کود گیاهی و کاهش سرعت تدریجی، در بستر ماسه‌ای متوقف می‌شود.

Birk و Kooker [13] برای بازیابی گلوله mm155 توپ یک لوله بلند 95 متری را به دهانه لوله توپ متصل کردند. در 5 متر ابتدای لوله سوراخهائی برای خروج گازهای حاصل از شلیک وجود داشت. در 60 متر بعدی، گاز فشرده بین یک دیافراگم و پیستون سبک محبوس بود. 20 متر بعدی با آب پر شده بود. همچنین Birk با گروهی دیگر از همکاران خود [14] برای بازیابی نرم گلوله mm155 به شرح دستگاهی کاملا مشابه با ابعادی متفاوت می‌پردازند.

Laughlin [15] در بخشی از پایان‌نامه خود به بررسی ابزارهای بازیابی شامل ARDEC Ballistic Railgun و Soft Catch Gun Facility و تنوعی از گلوله‌های مجهز به چتر بازیابی می‌پردازد. امکانات یاد شده در مراجع 6، 7، 11، 13 و 14 نیز استفاده شده است. Anderson [16] بازیابی نرم گلوله کالیبر 5 اینچ را در لوله با فشار گاز بررسی و محاسبه کرد. Hölzle [17] توانست، با تغییر در شکل دماغه گلوله، بازیابی موفقی در مخزن حاوی دانه‌های لاستیک داشته باشد. وی نشان داد که دانه‌های لاستیک مانند سیال در مقابل گلوله رفتار می‌کنند. Guevara و Flyash [18] جهت بررسی عملکرد سنسورهای واحد هدایت اینرسی، آن را در گلوله مجهز به تله‌متری نصب کرده و توسط مخازن علوفه بازیابی نرم کردند. Smith و همکارانش [19]، برای بازیابی نرم یک پهباد، ابتدا سرعت آن را توسط یک بالوت کاهش داده و سپس توسط چتر بازیابی کردند. این پهباد انعطاف‌پذیر، به شکل یک گلوله 155 میلیمتری، توسط یک توپ گازی شلیک می‌شود.

Vance و همکارانش [20] توسط جت معکوس، یک پرتابه را به نرمی بازیابی کردند. Prasun و Philip [21، 22] به بررسی مسیر فرود و چگونگی بازیابی نرم دو مریخ‌پیمای Spirit و Opportunity، که در دو نقطه از مریخ رها شدند، پرداخته‌اند. این دو مریخ‌پیما در ارتفاع 125 کیلومتری، با سرعتی بیش از m/s5600 و با وزنی حدود kg830 وارد جو مریخ شدند. ابتدا پسای جو، در مقابل سپر حرارتی، سرعت این دو مریخ‌پیما را کاهش داد. سپس چتر مافوق صوت باز شد. کیسه‌های هوا قبل از روشن شدن جت معکوس باز شدند. جت معکوس در ارتفاع 12 متری، مولفه عمودی سرعت را به صفر رسانده و در این هنگام بند اتصال فرودگر به چتر بریده شد. فرودگر، که توسط بالشتکهای گاز در بر گرفته شده، بارها جست و خیز کرده و پس از غلطیدنهای زیاد متوقف شد.

مقاله بررسی شبیه‌سازی و تحلیل رفتار پایدار و گذرای سیکل نیروگاه بخار

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 24 صفحه

چکیده:

بررسی رفتار پایدار و ناپایدار سیکل نیروگاههای بخار در طراحی، بهینه‌سازی و ارزیابی عملکرد این نیروگاهها حائز اهمیت است، در این رابطه به کمک نرم‌افزار ویژوال بیسیک. برنامه طراحی و تحلیل سیکل واقعی نیروگاههای بخار شامل بویلر، توربین، کندانسور، پمپ‌ها، هیترهای بسته به تعداد دلخواه و هیترباز (دی اریتور) طراحی و تکامل یافته است. به کمک این برنامه، با انتخاب اجزاء سیکل و اتصال آنها، مواردی مانند بازده حرارتی، کار تولیدی، دبی جرمی سیال در هر نقطه از سیکل و زیرکش‌ها، در سیکل پایدار نیروگاه بخار مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه با بدست آوردن روابط بقاء انرژی و جرم در حالت ناپایدار در اجزاء سیکل، رفتار حالت ناپایدار سیکل که جهت طراحی و کنترل نیروگاه، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد، بررسی شده است. در این رابطه مواردی نظیر تغییرات فشار و دمای بخار خروجی از بویلر، تغییرات دبی و فشار خروجی از درام، تغییرات توان تولیدی در توربین‌ها و تغییرات دبی و شرایط بخار ورودی به هیترها مورد مطالعه قرار گرفته است. در این رابطه به عنوان نمونه تحلیل پایدار و ناپایدار اجزاء سیکل نیروگاه منتظر قائم ارائه شده است.

مقدمه:

توان تولید و مصرف برق در هر کشور یکی از شاخص‌های پیشرفت صنعتی آن کشور محسوب می‌شود. در دهه‌های اخیر نیاز بخشهای صنعتی و غیر صنعتی کشور به انرژی برق رشد چشمگیری داشته است. طبق آمار موجود، مصرف برق در ایران با رشدی در حدود 9% مواجه است [1]. از سویی دیگر متوسط راندمان نیروگاههای بخار در ایران، که سهم زیادی از توان تولیدی در کشور را به عهده دارند، تنها در حدود 8/31% می‌باشد، همچنین با توجه به هزینه بالای ساخت این نیروگاه‌ها کنترل بهینه عملکرد آنها تحت شرایط مختلف بار حائز اهمیت می‌باشد. این امر نیاز به مطالعات گسترده‌تر در زمینه طراحی، بهینه‌سازی، ساخت و کنترل نیروگاه‌ها دارد.

یکی از مهمترین زمینه‌های مطالعاتی نیروگاه، شبیه‌سازی عملکرد آن تحت شرایط پایدار و ناپایدار می‌باشد. در دهه اخیر مطالعات گسترده‌ای در این زمینه در کشورهای پیشرفته صنعتی صورت گرفته است، که از موفق‌ترین آنها می‌توان به تحقیقات بخش مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی Delft هلند اشاره کرد [2]، که ارائه دهنده برنامه موفق و کاربردی Cycle Tempo است. از دیگر نتایج مطالعاتی در این زمینه ارائه برنـامه کامپیوتری PPA توسط Lu. و Hogg اعضاء IEEE در سال 1996 می‌باشد [3]. اصولاً برنامه‌های شبیه‌ساز به عنوان یک ابزار مناسب تحقیقاتی در زمینه‌های مختلف طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های نیروگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند و برنامه‌های مختلف، بطور تخصصی سیستم‌های گوناگون بکار رفته در نیروگاههای بخار را مدلسازی، طراحی و ارزیابی می‌نمایند. یکی از مهمترین زمینه‌هایی که در طراحی نیروگاه و سیستم‌های جانبی آن اهمیت ویژه‌ای دارد، طراحی سیستم‌های کنترل عملکرد نیروگاه می‌باشد. به طور حتم اولین گام برای بررسی سیستمهای کنترلی، مدلسازی دینامیکی نیروگاه جهت پیش‌بینی رفتار گذرای اجزاء آن تحت شرایط ناپایدار خواهد بود. از اولین مدلهای دینامیکی که در این زمینه ارائه شده‌اند، مدل غیرخطی بویلر با درام بخار می‌باشد که توسط Astorm و Eklund در سال 1972 پیشنهاد شده است [4]. Rubashkin و Khesim مدل دینامیکی دیگری را برای شبیه‌سازی نیروگاه‌های فسیلی، طی یک برنامه شبیه‌ساز آموزشی ارائه کردند [5]. اما یکی از جامع‌ترین تحقیقات در این زمینه توسط Lu در سال 1999 انجام شده است که با دسته‌بندی شرایط بخار در طول سیستم، مدلهای دینامیکی ساده و جامعی برای یک بویلر درام‌دار دو مسیره با سیستم چرخش طبیعی ارائه کرده است [6].