مدلسازی 9 درجه‌آزادی پارافویل با جابجایی عرضی وزن محموله

Document Type : Original Article

Authors

1 Aerospace Engineering,; Sharif University of Technology

2 Aerospace Engineering; Sharif University of Technology

Abstract

سامانه پارافویل-محموله، به عنوان یک سامانه پیچیده، امروزه بسیار مورد‌ استفاده بوده و کاربردهای گسترده‌ای دارد. این سامانه یک مجموعه چندجسمی بوده که اجزای آن بر یکدیگر بر هم کنش دینامیکی داشته و نسبت به هم دارای حرکت‌های نسبی می‌باشند. مقاله‌ی حاضر به مدلسازی چندجسمی و شبیه‌سازی دینامیک‌پرواز مدل دینامیکی 9 درجه‌آزدی سامانه پارافویل-محموله که شامل سه درجه‌آزادی انتقالی و سه درجه‌آزادی دورانی مجموعه پارافویل (بخش بال‌چتری و طناب‌های متصل به آن) و سه درجه‌آزادی دورانی نسبی محموله می‌باشد، می‌پردازد. با تحلیل سینماتیک و دینامیک اجزای سامانه، مدلی غیرخطی با 18 متغیر حالت بدست می‌آید. این مدل دارای سه ورودی کنترلی است؛ علاوه بر ترمزهای آیرودینامیکی متقارن و نامتقارن، جابجایی عرضی وزن محموله نسبت به پارافویل، که منجر به دوران و تغییر زاویه نصب عرضی قاب بال‌چتری نسبت به مجموعه پارافویل می‌گردد، در نظر گرفته می‌شود. همچنین اثر جرم و ممان‌ اینرسی ظاهری چتر پارافویل به همراه محل‌های اعمال آن، نیروهای مقید و بالتبع حرکت‌های نسبی میان اجسام، زوایای نصب طولی و عرضی و نیز اثر جریان باد مورد بررسی قرار می‌گیرند. به منظور ارزیابی رفتار دینامیک‌پرواز سامانه و بررسی عوامل تأثیرگذار بر آن، معادلات دیفرانسیل غیرخطی مدل توسعه یافته و پس از بررسی پایداری آن با استفاده از روش لیاپانوف، مدل برای چندین شرایط پروازی و تحت ورودی‌های متفاوت بوسیله‌ی کد و برنامه‌ای که در محیط نرم‌افزار متلب توسعه پیدا نموده‌است، بصورت عددی انتگرال‌گیری و شبیه‌سازی می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان‌دهنده‌ی پرواز پایداری است که پس از پرتاب از ارتفاع بالا حاصل ‌گردیده و بوسیله‌ی آن مدلسازی دینامیک‌پرواز سامانه اعتبارسنجی می‌گردد.

Article Title [فارسی]

مدلسازی 9 درجه‌آزادی پارافویل با جابجایی عرضی وزن محموله

Authors [فارسی]

  • مقداد ترابی نژاد 1
  • فریبرز ثقفی 2
1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف

Keywords [فارسی]

  • مدلسازی چند جسمی
  • تحلیل دینامیکی سامانه پارافویل- محموله
  • شبیه‌سازی پرواز
[1]    Kowaleczko, G., “Apparent masses and inertia moments of the parafoil,” Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 52, 2014.
[2]    Devalla, V. and Prakash, O., “Developments in unmanned powered parachute aerial vehicle: a review,”IEEE Aerosp Electron Syst Mag 2014;29(11):6–20.
[3]    Sun H, Sun Q and Luo S, “In-flight compound homing methodology of parafoil delivery systems under multiple constraints,” Aerosp Sci Technol 2018;79:85–104.
[4]    Heise, M. and Muller, S., “Dynamic Modeling and Visualization of Multi-Body Flexible Systems,” AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Providence, Rhode Island, August 2004.
[5]    Slegers, N. and Costello, M., “Aspects Of Control For a Parafoil and Payload System,” Journal of Guidance, Control and Dynamics, 2003.
[6]    Prakash, O. and Ananthkrishnan, N., “Modeling and Simulation of 9-DOF Parafoil-Payload System Flight Dynamics,” AIAA 2006-6130.
[7]    Ward, M. and et al, “Parafoil Control Using Payload Weight Shift,”AIAA 2012-4738.
[8]   ر. حاجی‌بابایی و ف. ثقفی،«استفاده از زاویه نصب عرضی بال‌چتری در هدایت و کنترل سامانه پارافویل-محموله،» چهاردهمین کنفرانس بین‌المللی انجمن هوافضای ایران، تهران، 1393.
[9]    Zipfel, P.H., Modeling and Simulation of Aerospace Vehicle Dynamics, Second Edition, University of Florida, 2007.
[10]  Lingard, J.S., “Ram-Air  Parachute Design,” 13th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference, May 1995.
[11]  Slotine, J.E. and Li, W., Applied Nonlinear Control, Prentice Hall, 1991.