عنوان پایان‌نامه
تحلیل اثرات ملخ بر روی ضرایب و مشتقات پایداری و کنترل هواپیماهای دوموتوره الاستیک و طراحی کنترلر مناسب برای کمینه سازی آن
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا فضا - دینامیک پرواز و کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 293452;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73180;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 293452;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73180
- تاریخ دفاع
- ۲۱ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- محسن رستمی
- استاد راهنما
- امیر رضا کوثری, احمد کلهر
- چکیده
- اثر ملخ از جمله مباحثی است که در محاسبات مربوط به دینامیک و کنترل وسیله پروازی پیچیدگی‌های خاص خود را به دنبال دارد. بطور کلی می‌توان اثرات ملخ در هواپیماها را شامل گشتاور ملخ، رانش نامتقارن ملخ، اثر وزشی ملخ و اثر ژیروسکوپی دانست. هر کدام از این فاکتورها با توجه به ابعاد هواپیما، چیدمان موتورهای آن و در شرایط مختلف پروازی مقدار و حساسیت ویژه‌ای را به دنبال خواهند داشت. در این پژوهش ضرایب آیرودینامیکی و مشتقات پایداری و کنترل هواپیماهای دوموتوره ملخی سبک با در نظر گرفتن اثرات ملخ در فضای الاستیک به کمک روابط شبه آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته و پس از اعمال این اثرات ضرایب و مشتقات جدید با توجه به شرایط حاصل ارائه شده است. الاستیک بودن هواپیما با تحلیل بال هواپیما در نرم‌افزار نسترن و به کمک ماژول آیروالاستیسیته آن محقق شده است. در ادامه با توجه به اهمیت بالای شرایط بحرانی در هواپیماها (شرایط از کار افتادن موتور) تغییرات دینامیکی و کنترلی وسیله پرنده در این شرایط نیز مورد ارزیابی قرار گرفته و با مشخص شدن دینامیک وسیله پروازی، کنترلر مناسب برای کمینه سازی و جبران اثرات منفی ملخ طراحی شده است. طراحی کنترلر در این پژوهش به دو بخش تقسیم شده است. بدین‌ترتیب در ابتدا بر اساس اثرات رانش نامتقارن ملخ طراحی زاویه نصب سکان عمودی برای شرایط سیر پرنده مورد نظر صورت پذیرفته و در ادامه با در نظر گرفتن تمامی اثرات ملخ طراحی کنترلر در دستور کار قرار گرفته است. در نهایت به کمک الگوریتم ژنتیک و دو کنترلر PID حرکات عرضی-سمتی با اولویت تضمین پایداری و عملکرد هواپیما کنترل شده و خوشدستی با توجه به استانداردهای موجود برای این کلاس از هواپیماها، در سطح یک قرار گرفته است.
- Abstract
- Propeller effect is an issue which has complexity in calculations related to dynamics and control of air vehicles. Generally, propeller effects include propeller torque, asymmetric disc loading or P-factor, slipstream effect and gyroscopic effect. Each one of these factors will have special magnitude and sensitivity with regard to the size of the aircraft, engines arrangement and flight conditions. In this study, aerodynamic coefficients as well as stability and control derivatives for an elastic twin engine propeller driven light airplane has been analyzed. In order to analyze elasticity of the airplane, the wing part has been modeled and analyzed in Nastran software through Aeroelasticity module. Then due to the special importance of critical conditions in twin engine propeller driven aircrafts (one engine inoperative), dynamics and control variations of the vehicle in this situation has been analyzed. And with the new dynamics, suitable controller has been designed to minimize and compensate the propeller negative effects. The design of controller has been divided into two phases. At first phase, based on the p-factor effect the incidence for fixed part of vertical tail has been designed for cruise condition. In second phase, with regard to the total effects of propeller, the controllers for rudder and aileron have been designed. Finally, with the help of genetic algorithm and two PID controllers the lateral-directional motions of the aircraft with the priority to ensure stability of the controller and performance of the airplane has been controlled and flight quality based on the standards of this category of the aircrafts has been placed in level one.
