אי יציבות אווירואלסטית של כנפונים עם קשיחות לא ליניארית

דני לוין

הפקולטה להנדסת אוירונוטיקה וחלל, הטכניון
עבודת מחקר לקראת תואר מגיסטר
בהנחיית פרופסור מוטי קרפל

העבודה מציגה שיטה יעילה לסימולציה בזמן של מערכת אווירואלסטית עם אי-ליניאריות מבנית. השיטה מתבססת על משוואות אווירואלסטיות ליניאריות, כשהתרומה הלא ליניארית מוכנסת לסימולציה כמשוב של חוג בקרה. השיטה מיושמת עבור כנפונים מתכתיים מהסוג המצוי בדרך כלל בטילים. כנפונים כאלה רועדים כשהם במהירויות טיסה הגבוהות ממהירות הפרפור הליניארית המחושבת, אולם הרעידות אינן מתפתחות בדרך כלל לכדי שבר אלא מגיעות לאמפליטודה קבועה - Limit Cycle Oscillations (LCO). מודל מבנה הכנפון מורכב מאלמנטי פלטה מישוריים. האי-ליניאריות המבנית נובעת מהקשחת הפלטה עקב מתיחת המישור האמצעי כשהפלטה מתכופפת. משוואות הפלטה הלא ליניאריות של וון קרמן כוללים איברי עיבור לא ליניאריים המשקפים את התופעה. האיברים הלא ליניאריים של משוואות וון קרמן, בשילוב הפרדה בין תנועת גוף קשיח ועיוותים אלסטיים של כל אלמנט, שימשו לבניית המשובים הלא ליניאריים באופן המתאים לרעידות באמפליטודות גדולות.

לעומת עבודות קודמות שהתבססו על אינטגרציה בזמן של משוואות המבנה המלאות תחת כוחות אווירודינמיים מ-CFD, המודל שלנו מבוסס על משוואות תנועה ליניאריות בקואורדינאטות מודאליות, המתקבלות מתוכנות מדף. הכנסת האפקטים הלא ליניאריים למערכת דרך משובי בקרה מהווה שיטה מאוד גמישה ורובוסטית אשר מתאימה לכל מבנה כנפון. את השיטה ניתן לשלב בקלות בתהליך התכן של כלי הטיס. השיטה נבדקה עבור מבנה כנפון טרפזי המופיע בספרות עם ניסויי מנהרה וחישובים נומריים. התוצאות שהתקבלו בעבודה שלנו התאימו טוב יותר לתוצאות ניסויי מנהרה מאשר עבודות קודמות שעסקו בנושא. לבסוף נבדק כנפון אופייני של טיל, גם במקרה זה התקבלו התאמות טובות לניסויי מנהרה שבוצעו בתעשייה.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי 10.02.10
שעה 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

High Power Laser Weapons

Josef Shwartz

Past and on-going high power laser weapons development efforts will be described.

The presentation will start with an overview of the key laser attributes that have fueled the search for laser weapons over the past 40 years, and will continue with a description of the well-established chemical laser technologies and the demonstrations conducted to date to validate their military effectiveness. It will continue with a description of the recently demonstrated 100 kW Joint High Power Solid State Laser System, and the state of the art of single-mode high-power fiber lasers. Ongoing and planned activities to scale fibers into the 100 kW regime, widely regarded as the threshold for laser weapons applications, will be described as well.

The presentation will conclude with an assessment of the road ahead for laser weapons development.

ההרצאה תתקיים ביום שני 15.02.2010
שעה 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

Optical Stellar Interferometry

Steve Lipson

Physics Department, Technion

Stellar interferometers use an array of separate telescopes whose output light interferes optically. The resulting interference patterns allow stellar images to be calculated with resolution equivalent to that of a single telescope having diameter equal to the largest distance between individual telescopes in the array. This method is called "aperture synthesis". I will discuss the theory behind the analysis of such telescope imaging and some of the technical problems which arise. Finally, I will show images obtained by some of the interferometric arrays currently operating in UK, USA, Australia and Chile.

Monday, March 1st, 2010,
At 13:30-14:30 in the Seminar Room
Asher Space Research Institute, Technion
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

ניהוג עפיפונים של ספורט הגלישה (Kitesurfing)

יהודה שפיר

עבודת מחקר לקראת תואר מגיסטר
בהנחיית פרופ"ח גיל יוסילבסקי

בשנת 1987 רשמו האחים הצרפתים דומיניק וברונו לגוניון פטנט על עפיפון "מניע" (Traction Kite) הגורר גולש. מאז התפתח בעולם ספורט חדש של גלישת רוח שבו גולש עומד על גלשן קטן ומנהג עפיפון הגורר אותו. העפיפון מורכב משלד מתנפח שבשפת ההתקפה שלו בלון גלילי. הבלון מחובר בניצב לבלונים גליליים קטנים יותר המהווים חציצים. לשלד המתנפח תפורה יריעה דקה שמהווה את המשטח העליון של העפיפון. חתך המבנה (במבט חזיתי) קשתי. לקצות העפיפון מחוברים 4 חוטים – שניים באזור קצות שפת ההתקפה ושניים באזור קצות שפת הזרימה. בקצה האחר החוטים מחוברים לגולש. הניהוג מבוצע על ידי משיכת חוטי שפת הזרימה (יחסית לחוטי שפת ההתקפה). משיכת חוט אחד מפנה (מסבסבת) את העפיפון בכיוון החוט; משיכת שני החוטים מגדילה את זווית ההתקפה.

לאורך השנים התבסס פיתוח העפיפונים על שיטת ניסויי וטעייה, כך שעשרים שנה לאחר המצאתו לא ברור מהו המנגון האווירודינאמי של נהוג העפיפון ומהן התכונות האווירודינאמיות המגדירות "עפיפון מוצלח". עבודת מחקר זו מנתחת את הגורמים המשפיעים על ניהוג העפיפון ודינאמיקת הטסתו.

המחקר התבסס על סימולצית 3 דרגות חופש (3 זוויות) של עפיפון. האווירודינאמיקה של העפיפון הוצגה ע"י תורת קו עילוי אסימפטוטית ואומתה נקודתית בניסויי מנהרה בפקולטה. בעזרת מודל זה זוהו הקשרים בין צורת העפיפון לנגזרות היציבות והנהוג. ע"י סריקה שיטתית של צורות עפיפון שונות זוהו הקשרים שבין מאפייני העפיפון לבין מאפייני תנועתו סביב מצבי שווי משקל. מתוך התוצאות מסתמן שכל העפיפונים אינם יציבים דינאמית בסבסוב, אך מתחלקים בין שני אופני נהוג שונים – נהוג ע"י מומנט ונהוג ע"י כוח צד.

בהרצאה תוצג סקירה כללית של עפיפוני גלישה, מאפייניהם האווירודינאמיים, משוואות התנועה הייחודיות וכן תוצאות המחקר.

ההרצאה תתקיים ביום שני י' בשבט תש"ע (25.1.2010)
שעה 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

Fly around the World with a Solar Powered Airplane

Hannes Ross

Member of the Solar Impulse Team, 85640 Putzbrunn, Germany

Quite a few manned and unmanned solar powered aircraft have been developed and flown in the last 30 years. Objectives and missions cover a wide spectrum ranging from a pure technological goal to “Fly with Solar Energy” to civil or military surveillance and reconnaissance missions. However, none of those aircraft was able to demonstrate a continuous day and night operation until 2005.

An overview of the historic solar powered aircraft is provided and the basic challenges which have to be solved for a solar powered aircraft are being discussed:
* Geographical area of operation, time windows during the year, mission profiles, payload
* Energy collection and utilization
* Typical design parameter for different missions

Today's technological status in the critical areas (solar cells, batteries, structure/materials) is discussed. It allows developing a solar powered aircraft with the capability not only to fly during the sunshine hours, but to save enough energy during the day to fly throughout the night and recollect energy after sunrise the next day for a perpetual continuation of flight.

In 2001 the Swiss Bertrand Piccard, who together with Brian Jones (UK) circled the earth in a balloon in 1999, proposed to design a manned solar powered aircraft and to fly it around the world. Such an aircraft is now being developed by the Solar Impulse organization in Switzerland. The primary objective of this endeavor is to make people aware of the fact that the conventional energy sources are limited and that renewable energy must and can be used to solve future demands.

Development aspects of the Solar Impulse Program are described and a program status is provided.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי 24.03.2010
שעה 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

יהלומים הם לעד!? ‫אינטראקציה בין יהלום רב-גבישי לסביבת חלל‬

זאב שפילמן‬

מחקר לדוקטורט במסגרת הפקולטה לפיסיקה‬
‫בהנחיית פרופ' אלון הופמן, ד"ר ג'ואן אדלר וד"ר אירינה גוזמן‬

‫יהלום הוא חומר בעל תכונות ייחודיות, כגון פליטת אלקטרונים, הולכת חום וחוזק הגבוהים‬ ‫ביותר בטבע, שקיפות אופטית בתחום ספקטראלי רחב ועמידות כימית. בעקבות התכונות ‫הללו לימוד העמידות של יהלום בסביבות אגרסיביות חשוב לצורך ייצור עתידי של יישומים ‫על בסיס יהלום. בגבהים של 200-800 ק"מ מעל כדור הארץ חמצן אטומי היפר-תרמי הוא‬ ‫הרכיב הנפוץ בסביבת החלל, ולכן אוירה זו היא מאוד הרסנית לחומרים על בסיס פחמן. ‫יהלום חד גבישי הוכח כעמיד בסביבה זו אך הוא מוגבל באפשרויות היישומיות לעומת יהלום ‫רב גבישי. יהלום רב גבישי מכיל בנוסף לגבישוני היהלום חומר גרפיתי בגבולות גרעין ובפגמים גבישיים. גרפית מתאכלת בקלות על ידי חמצן היפר-תרמי.‬ ‫בעבודה זו נחקרו מצבי הקישור על פני השטח והמורפולוגיה של יהלום רב-גבישי לאחר ‫חשיפה לחמצן אטומי שיוצר במערכות הדמיה ארציות. התוצאות הראו שינוי בפני שטח‬ ‫היהלום, נוכחות של חמצנים קשורים לפחמן ופחמימנים, במקום מבנה היהלום. חימום ‫וחשיפה לפלסמה של מימן שחזרה את מבנה היהלום. שינויים מורפולוגיים הצביעו על ‫עמידות של מישורים קריסטלוגרפיים מועדפים.‬ הבנה של מצבי הקישור יכולה להבהיר שאלות פתוחות כמו ההולכה החשמלית בפני השטח של יהלום. בעקבות התוצאות המורפולוגיות, הובן שגידול מכוון של יהלום ייצור משטחים עמידים ביותר. כך ניתן יהיה לפתח יישומים על בסיס יהלום לשימוש חללי, כגון גלאי קרינה,‬ ‫ציפויים להעברת חום, הגנה לתאים סולריים, ורכיבים אופטיים בלוויינים.

ההרצאה מיועדת לקהל הרחב ואינה מצריכה ידע קודם.
כיבוד קל יוגש לפני ההרצאה.‬

יום ד', 30 בדצמבר 2009, בשעה 12:30
אודיטוריום בטלר, מוסד נאמן‬

המשך...

On Shock-Buffet, Shock-Buffet Frequency Lock-In, and Their Possible Relationship to Transonic Aeroelastic Phenomena

דניאלה רווה

Shock-buffet is a phenomenon of large, self-sustained shock oscillations that are observed for certain combinations of Mach number and steady mean angle of attack (without any structural motion!). Shock buffet has a characteristic frequency that is within the range of typical elastic structural and control frequencies of fighter and transport airplanes. A numerical study was initiated to study the shuck-buffet phenomenon, and examine the possible relationship of shock-buffet and undesirable nonlinear transonic aeroelastic phenomena such as limit-cycle oscillations (LCO), and control-surface buzz.

The on-going study has three parts – Numerical flow simulations of a NACA0012 airfoil in transonic buffeting flows. These simulations characterize the shock-buffet phenomenon and validate the computational methodology via comparison to wind tunnel experiments; Numerical simulations of flow responses to prescribed airfoil motion; and Numerical aeroelastic simulations of spring-suspended airfoils in transonic buffeting flows.

Prescribing airfoil motions revealed a frequency lock-in phenomenon – It was found that for prescribed airfoil motion of frequencies that are close to the shock-buffet frequency, and are beyond some threshold amplitude, the shockbuffet frequency synchronizes with the airfoil motion frequency. There is a broad analogy between this flow phenomenon and the flow field of the Von Karman vortex street found behind a cylinder with the cylinder undergoing a prescribed oscillation. It is speculated that the locked-in shock-buffet excites the elastic structure in a resonance mechanism, resulting in LCO or other nonlinear aeroelastic phenomena.

The seminar will present the phenomena of shock-buffet and shock-buffet lock-in, will present aeroelastic responses of single- and two-dof systems in buffeting flows, and suggest a physical mechanism that may contribute to LCO and control surface buzz observed in fighter planes.

ההרצאה תתקיים ביום שני י"ח טבת תש"ע (04.01.2010)
שעה 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

Integral Criteria for Diminishing the Boundary Stresses in Elastic Domains with Holes

S. Vigdergauz

Israel Electric Corp., Ltd.

The following linearly elastostatic optimization problem for a 2D region with holes is considered:

Given an external load, find the holes areas and their mutual arrangement and shapes in order to provide a favorable hoop stress distribution.

Here, the engineering aim is usually either (A) to minimize the maximum stress along the holes or (B) to smooth them to avoid both occurrence of local stress concentrations and underloading of certain parts of the boundary. The absolutely non-trivial and purely analytical example here are the equi-stress shapes (ESS) along which the stresses are simultaneously constant and globally minimal [1]. However, they exist only in an infinite plane and under a bulk-dominating far loading. In any other case a numerical analysis should be implemented when both criteria require the point wise stress estimation with substantial accuracy. This is a hard computational task especially within a repetitive optimization problem. Instead, we propose to use the integral counterparts of the above mentioned local estimations:

(A') - Ln norm of the hoop stresses which reaches the stress maximum (A) as n tends to infinity and (B')- the hoop stresses variation V fully corresponding to (B). In the ideal limit the variation goes to zero or, equivalently, to the equi-stress condition.
In contrast to the ESS, the (A') – and (B')-optimal holes exist under much weaker conditions. On the other hand, the integral criteria are computationally more stable than the point wise quantities and hence can be easily embedded into stochastic optimization. For a variety of geometries, this two-fold advantage permits us to numerically solve the shape optimization problem at hand by a standard genetic algorithm approach. As an example, a circular disk with two identical side holes under a uniform compression is considered. The results obtained show that the optimal holes are kidney-like in shape. Compared to the widely used circular holes they diminish the hoop stresses up to tens of percents depending on the holes mutual arrangement. It should be remarked that the newly defined criterion is taken over the total region boundary including the fixed outer contour of the disk.
The proposed criterion of the stress field optimality may find further use in arious continuum mechanics problems.

Literature:

1. Cherepanov, G.P, 1974, "Inverse problem of the plane theory of elasticity," J. Appl. Math. Mech. (38) (5), 913-931.


2. Vigdergauz, S.B, 1976, "Integral equation of the inverse problem of the plane theory of elasticity," J. Appl. Math. Mech. (40) (3), 566-569.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי כ' טבת תש"ע (6.01.2010)
שעה 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

The Gaussian Mixture MCMC Particle Algorithm for Dynamic Cluster Tracking

אבישי כרמי

Signal Processing and Communications Laboratory
Department of Engineering, University of Cambridge, UK

The problem of multiple object tracking (MOT) poses major challenges for researchers in the fields of estimation and sensor fusion. Essential difficulties that are frequently encountered in MOT refer to a) data association, namely, the need to efficiently associate observations with their emitting sources in a highly cluttered environment, b) complex behavioral dynamics which might involve social interactions between objects, and c) adequate statistical representation of the overall scenery. In this talk I will elaborate on some of these issues and present a unified approach for tracking multiple clusters of coordinated objects based on a novel Markov chain Monte-Carlo (MCMC) filtering scheme.

Belonging to the family of sequential Monte-Carlo (SMC) algorithms, the newly proposed filter relies on a discrete approximation of the posterior probability density function of the joint state. As opposed to the conventional SMC approaches which tend to become inefficient in high-dimensional settings, the proposed filtering method naturally copes with complex scenarios consisting of many objects owing to its Metropolis-Hastings core. A demonstration of the new filter’s performance when applied for feature tracking in a video sequence will be presented.

The seminar will take place on Monday, 28.12.2009,
at 13:30, in the Seminar Room,
Asher Space Research Institute

Light Refreshments will be served before the seminar.

המשך...

תיאום, בקרה והקצאת משימה למצנחים אוטונומיים משתפי פעולה

אלכסיי רוסיץ'

עבודת מחקר לקראת תואר מגיסטר למדעים
בהנחיית פרופ'/ח פיני גורפיל

הנחיה מדויקת של מצנחים אל משטחי הנחיתה המיועדים ותיאום בין המצנחים בעת מעופם חיוניים לשם הצלחתן של משימות הצנחת מטענים ולהחזרה בטוחה של חלליות לכדור הארץ. בעשורים האחרונים, הושקעו מאמצים רבים בפיתוח מצנחים מסוג parafoil בעלי יחס גלישה גבוה וטווח רחב של כושר נשיאה. כמו כן, פותחו אמצעים להנחיה של המצנחים. כיום קיימים מצנחים בעלי יכולת ניווט אוטונומי בעזרת מערכת איכון עולמית (GPS) וחיישנים נוספים.

העבודה הנוכחית עוסקת בחקר היתרונות הטמונים בשיתוף פעולה והקצאת משימות בקבוצות של מצנחים אוטונומיים. כל מצנח מייצר מסלול ייחוס בזמן אמת ומסוגל לנווט אל המטרה באמצעות עקיבה אחר מסלול זה. בהרצאה תוצג שיטה חדשה ליצירת מסלולי ייחוס וינוסחו אוסף של חוקים התנהגותיים הקובעים את התנועה היחסית של המצנחים הגולשים. האוסף, המורכב מחוקים פשוטים, מוליד התנהגות חדשה (emergent behavior) הידועה כ-flocking (התנהגות המדמה להקת ציפורים). מכיוון שלמצנח אין יכולת לחוש את מיקומם של מצנחים אחרים, תיאום מבוזר בין המצנחים נשען על רשת תקשורת אד-הוק אלחוטית. אותה הרשת תשמש להקצאה מבוזרת של משימות בזמן אמת ובכך תאפשר למצנחים להתמודד עם התנאים המשתנים. לשם בחינה של השפעה הדדית של עקיבת מסלול והתנהגות להקה (flocking) הוקמה סימולציה מרובת סוכנים. הסימולציה מבוססת על מודל שש דרגות חופש של מצנח משא כבד. התוצאות מראות יתרונות של flocking עבור מצנחים אוטונומיים. יישום של flocking לא רק מבטיח שמירה על הפרדה בטוחה בין המצנחים אלא מאפשר גם לצמצם פיזור של נקודת הנחיתה ולהקטין השפעתן של השגיאות בשערוך הרוח.

ההרצאה תתקיים ביום שני ד' בטבת תש"ע (21.12.2009)
שעה 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...