دانشکده مهندسی هوافضا

پایان­نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا

گرایش دینامیک پرواز و کنترل

مدل­سازی دینامیکی و کنترل ارتعاشات ماهواره با صفحات خورشیدی انعطاف­پذیر

استاد راهنما:

دکتر عبدالمجید خوشنود

بهمن 1393

 

چکیده

در طی یک مانور توسط یک ماهواره، صفحات خورشیدی انعطاف­پذیر آن تحریک شده و شروع به نوسان می­کنند. این ارتعاشات باعت پدید آمدن نیروهای اغتشاشی نوسانی می­گردند که به بدنه صلب ماهواره نیز اعمال می­گردد. ارتعاشات ایجاد شده علاوه بر امکان به وجود آمدن ترک و در نتیجه شکست در صفحات خورشیدی بر اثر پدیده خستگی، بر روی بدنه صلب که در حال انجام کارهای دقیقی نظیر عکس­برداری از سطح زمین و یا ارسال اطلاعات به پایگاهی در زمین است، اختلال ایجاد می­کند در نتیجه لازم است که از آن جلوگیری به عمل آید. در این پایان­نامه، ابتدا معادلات دینامیکی یک ماهواره شامل یک قسمت صلب مکعب­شکل و دو صفحه انعطاف­پذیر استخراج شده است. سپس با استفاده از ترکیب نرم­افزار ANSYS و ADAMS بر روی مدل مذکور یک آنالیز دینامیکی انجام گرفته است و نتایج با مدل تحلیلی مقایسه شده است. استراتژی کنترلی جدیدی برای کاهش ارتعاشات اجزاء انعطاف­پذیر در سیستم­های چندجسمی شامل اجزاء صلب و انعطاف­پذیر ارائه شده است به این صورت که با حذف نوسانات از روی سرعت زاویه­ای قسمت صلب، دامنه ارتعاشات اجزاء انعطاف­پذیر کاهش می­یابد برای این منظور از یک سیستم کنترل تطبیقی و فیلتر باریک برای حذف نوسانات حاصل از ارتعاشات صفحات خورشیدی در فرآیند اندازه­گیری استفاده شده است. در انتها نتایج حاصل از شبیه­سازی سیستم کنترلی تطبیقی یک بار با در نظر گرفتن پدیده تشدید و بار دیگر بدون در نظر گرفتن آن آورده شده است و مزیت­های این روش مورد بررسی قرار گرفته است.

فهرست مطالب

فصل اول مقدمه 1

1- مقدمه 2

1-1- تاریخچه موضوع  4

فصل دوم مدل سازی دینامیکی  11

2- مدل سازی دینامیکی  12

2-1- مدل سازی سیستم های چند جسمی با اجزاء صلب- انعطاف پذیر  15

2-1-1 دیدگاه انباشتگی  15

2-1-2- مدل سازی تعاملی صلب- انعطاف پذیر  18

2-2- معادلات لاگرانژ در حالت شبه مختصات   23

2-2-1- انگیزه روش شبه مختصات   23

2-3- مدل سازی دینامیکی ماهواره با صفحات انعطاف پذیر  26

2-3-1- مدل تحلیلی  26

2-3-2- مدل در نرم افزار ADAMAS  41

فصل سوم کنترل ارتعاشات   46

3- کنترل ارتعاشات   47

3-2- کنترل تطبیقی  49

3-2-1- سیستم های تطبیقی مدل- مرجع  52

3-3- روش های شناسایی فرکانس خمشی  54

3-3-1- روش مدل مرجع بر مبنای گرادیان  54

3-3-2- روش کمترین مربعات بازگشتی برای شناسایی فرکانس   56

3-3-3- الگوریتم ترکیبی مدل مرجع و بازگشتی  56

3-4- کنترل ارتعاشات به وسیله شناسایی فرکانس   58

فصل چهارم پیشرانش فضایی  60

4- پیشرانش فضایی  61

4-1- دسته بندی سیستم های پیشرانش   61

4-1-1- پیشرانش شیمیایی  61

4-1-2- سیستم های پیشرانش مایع تک مولفه ای   63

4-1-3- سیستم های پیشرانش مایع دو مولفه ای   64

4-1-4- سیستم های سوخت جامد 65

4-2- مقایسه گزینه های موجود برای سیستم پیشرانش ماهواره ها 65

4-1- پیکربندی تراسترها 70

فصل پنجم نتایج شبیه سازی  72

5- نتایج شبیه سازی  73

5-1- مشخصات پارامترهای مدل  73

5-2- مدل سازی دینامیکی  73

5-3- کنترل ارتعاشات   75

فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات   88

6- نتیجه گیری و پیشنهادات   89

6-1- نتیجه گیری   89

6-2- پیشنهادات   91

7- ضمیمه 93

7-1- دینامیک تحلیلی  93

7-1-1- مقدمه  93

7-2- قابلیتهای دینامیک تحلیلی  93

7-3- تعریف مجموعه کامل  94

7-4- تعریف مجموعه مستقل  94

7-5- تعریف درجه آزادی   94

7-6- قیود 95

7-6-1- فرم دیفرانسیلی در حالت کلی  95

7-7- تعریف تغییرات در حساب تغییرات   95

7-8- نیروهای پایستار  97

7-9- معادلات لاگرانژ برای سیستم های مقید 98

7-10- استخراج معادلات جسم صلب با استفاده از روش لاگرانژ  99

7-11- روش همیلتون  99

7-12- معادلات همیلتون  100

8- فهرست مراجع  103

 فهرست جداول

جدول ‏2‑1نیروی آیرودینامیکی برخی از اشکال هندسی ساده 36

جدول ‏2‑2نیروی تشعشع خورشیدی برخی از اشکال هندسی ساده 40

جدول ‏4‑1مزایا و معایب سیستمهای پیشرانش شیمیایی و الکتریکی. 65

جدول ‏5‑1مشخصات پارامترهای بدنه صلب ماهواره 73

جدول ‏5‑2مشخصات پارامترهای صفحات خورشیدی.. 73

فهرست شکل­ها

شکل ‏2‑1نحوه تعریف بردارهای جابجایی در اجسام انعطاف پذیر. 14

شکل ‏2‑2بلوک دیاگرام روش مدل سازی تعاملی صلب- انعطاف پذیر. 22

شکل ‏2‑3مدل ساده ماهواره به همراه دستگاه بدنی. 26

شکل ‏2‑4نیروی گرانشی اعمالی بر المان جرمی. 32

شکل ‏2‑5برخورد فوتون های نور با سطح ماهواره 38

شکل ‏2‑6نیروی حاصل از تشعشع خورشید بر سطح ماهواره 38

شکل ‏2‑7مدل ماهواره با صفحات الاستیک در نرم افزار ADAMS. 42

شکل ‏2‑8صفحه مش بندی شده 43

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد 

نظرات شما عزیزان: