طراحي ميكرو رانشگر گاز سرد مبتني بر فناوري ميكرو الكترومكانيك براي سيستم كنترل وضعيت ماهواره

كارشناسي ارشد

يك ماهواره پس از پرتاب از زمين در يك مدار مشخص و معين شده قرار مي‌گيرد، كه براي حفظ موقعيت و كنترل وضعيت خود به دلايل مختلف از جمله نيروي درگ ناشي از اتمسفر نياز به سيستم‌هاي رانشگر، بسته به اندازه ماهواره و نوع ماموريت آن‌ها دارد. در اين پايان‌نامه به طراحي يك ميكرو رانشگر گاز سرد به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فرد آن مانند سادگي، ارزان بودن، عدم نياز به احتراق پرداخته شده است كه براي ماهواره‌هاي نانو و ميكرو بسيار كارآمد مي‌باشد. همچنين در ماهواره‌هاي بزرگتر نيز امكان بهره برداري از ميكرو رانشگرهاي گاز سرد فراهم است. در اين پايان‌نامه ابتدا با معرفي كلي سيستم‌هاي رانشگر ميزان اهميت حضور اين زير سيستم در ماهواره‌ها مشخص مي‌گردد و در ادامه به معرفي كلي ميكرو رانشگرها و انواع مختلف آن، به خصوص ميكرو رانشگرهاي گاز سرد، و انواع روش‌هاي ساخت ميكرو رانشگرها پرداخته مي‌شود. هدف اين پايان‌‌نامه طراحي يك ميكرو رانشگر گاز سرد بهينه شده به منظور افزايش نيروي رانش توليدي است. بدين منظور به بررسي مهم ترين بخش اين ميكرو رانشگرها كه ميكرو نازل آن‌ها مي‌باشد پرداخته شده است. در اين خصوص با استفاده از نرم افزار ANSYS Workbench و حلگر Fluent و اعمال روشResponse Surface Optimization )بهينه‌سازي صفحه ي پاسخ( اقدام به بهينه‌سازي، هندسه‌ي ميكرو نازل مورد نظرگرديده‌ است. شبيه‌‌سازي هاي انجام شده شامل مراحل 1) شبيه‌سازي هاي اوليه ي ميكرو نازل همگرا-واگرا. 2) محاسبه‌ي نيروي رانش در دو شرايط سطح دريا و خلأ براي اختلاف فشار هاي متفاوت (چهار مورد). 3) بررسي تاثير انحنا در گلوگاه. 4) بررسي تاثير ميكرو نازل دو گلوگاه در ميزان نيروي رانش. 5) بررسي آناليز حساسيت پارامترهاي ميكرو نازل و بهينه‌سازي ميزان نيروي رانش در هندسه‌‌ي نازل همگرا-واگرا ، با استفاده از روش بهينه‌سازي صفحه‌‌ي پاسخ كه در مرحله ي 1 شبيه‌سازي شده. 6) بهره گيري از ميكرو نازل دو گلوگاه در هندسه‌ي بهينه‌سازي شده‌ي مرحله‌ي 5 .7) بهينه‌سازي ميكرو نازل دو گلوگاه مرحله‌ي 6 به وسيله‌ي روش بهينه‌سازي صفحه‌ي پاسخ براي پارامترهاي طول واگرايي و طول همگرايي ثانويه، و استفاده از انحنا در گلوگاه اول، به شعاع اندازه‌ي عرض گلوگاه ميكرو نازل مي‌باشد. در نهايت ميكرو نازل موجود با نيروي رانش 68/0 ميلي نيوتن مورد تحليل و بهينه‌سازي قرار گرفت و منجر به افزايش مقدار نيروي رانش تا ميزان 239 ميلي نيوتن گرديد. در ادامه با استفاده از روش بهينه‌سازي صفحه‌ي پاسخ و بهره‌مندي از اثرات ميكرو نازل دو گلوگاه و ويژگي گلوگاه انحنادار اين امكان فراهم گرديد تا به هندسه ي مطلوب و ايده‌آل بهتري نسبت به هندسه هاي ديگر شبيه سازي شده دست پيدا كرد.

211239

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي هوافضا گرايش فناوري ماهواره

دكتر ميثم فرج الهي