שיטת פער ידע לתכנון נתיבי טיסה בתנאי אי וודאות חמורים עבור מסוק בלתי מאויש קטן מימדי

יהודה מורן

הפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל, הטכניון
עבודת מחקר לקראת תואר מגיסטר
בהנחיית ד"ר טל שימא ופרופ' יעקב בן-חיים


שיטת פער-ידע מוצעת לתכנון נתיבי תנועה של מסוק בלתי מאויש, בעל שדה ראיה וכושר תמרון מוגבל, העוקב אחר זוג מטרות קרקעיות בלתי מתואמות, תחת אי ודאות חמורה בתנועתן. על מנת לתכנן את תנועת המסוק, כלומר לבחור את נתיב הטיסה, נדרש מידע לגבי אופי אי הוודאות בתנועת המטרות הקרקעיות. אולם, לעיתים מידע זה אינו קיים. מודל אי הוודאות בשיטת פער- ידע, בניגוד לשיטות נפוצות אחרות, אינו דורש פונקצית התפלגות הסתברות או כל פונקצית מדידה אחרת למידול אי הוודאות. ההנחה הינה כי בהינתן מידע מוקדם על הערך של הפרמטר בעל אי הוודאות, הערך האמיתי של הפרמטר יהיה בתוך קבוצת הערכים סביב הערך הנתון של הפרמטר. צורת הקבוצה נקבעת לפי אופי המודל הנבחר אבל גודל הקבוצה אינו ידוע ונקרא אופק אי הוודאות. יתרונה של שיטה זו הוא במידע המינימליסטי הנדרש למידול אי הוודאות. בסמינר יוצג תיאור מתמטי של שיטת פער-ידע ומודלים שונים לאי וודאות הישימים לבעיה הנחקרת. נציג את הרציונאל לבחירת נתיב טיסה הממקסם את החסינות לכשל בהינתן מספר נתיבי טיסה אפשריים למסוק. בהמשך נניח כי קיים מידע חלקי מוקדם לגבי תנועת הכלים הקרקעיים ובאמצעות אלגוריתם נומרי נמצא נתיב הטיסה של המסוק הממקסם את החסינות לכשל. נציג השוואה בין הפתרון הממקסם חסינות לבין הפתרון האופטימאלי וניתוחים נומריים נוספים לגבי השפעת פרמטרי הבעיה על חסינות הפתרון. כמו כן, תוצג הדגמה של מימוש האלגוריתם במעבדה לכלים אוטונומיים שיתופיים.

ההרצאה תתקיים ביום שני ט"ז בתמוז תש"ע (28/06/10)
בשעה 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

Sequential Monte Carlo Methods for Spacecraft Attitude and Angular Rate Estimation

אבישי כרמי

Department of Mechanical Engineering
Ariel University Center And Asher Space Research Institute, Technion

Sequential Monte Carlo (SMC) methods, otherwise known as particle filters, are a family of simulation-based nonlinear filtering techniques that have drawn much attention in the last decade. By virtue of their recursive Bayesian structure and unique sampling mechanization, these methods have proved themselves highly viable and accurate in various signal processing applications. In this talk we present a novel class of SMC algorithms for spacecraft attitude and angular rate estimation from noisy vector observations. The class includes: (1) a novel quaternion particle filter (QPF), (2) an adaptive variant of the QPF, which is capable of recovering either inaccurate or unknown sensor noise statistics, (3) a fast and robust attitude-free angular rate particle filter for gyroless spacecraft applications, and (4) a novel attitude and angular rate particle filter. An extensive comparison of the new filtering methods with state-of-the-art attitude estimation techniques demonstrates their decisive superiority in terms of accuracy, robustness, and rate of convergence. The remaining part of this talk is devoted to some theoretical aspects pertaining to the attitude estimation problem itself. As part of this we shed light on the nature of the quaternion estimation error covariance, a controversial subject that has ignited a long running debate back in the 80's.

ההרצאה תתקיי ביום רביעי י"א בתמוז תש"ע‬ (23.06.10)
שעה‬ 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר‬ 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה‬

המשך...

Topics on Energetic Materials and Systems

Dr. Arno HahmaSenior Engineer Energetic Materials
Diehl BGT Defence GmbH & Co. KG
Roethenbach a d Pegnitz
Germany

The seminar will address a number of topics related to energetic materials and systems, including:

1. Energetic Oxidizers for Propellants.
2. Stoichiometry in a Three-Component System.
3. Specific Thrust.
4. Optimal Movement of the Center of Gravity of a Missile.

The seminar will take place at the
Fine Rocket Propulsion Center,
Tuesday, June 22, 2010, at 11:30 am.

המשך...

Two Phase Reactive Flow - Dust Jet Combustion

Dr. Arno Hahma

Senior Engineer Energetic Materials
Diehl BGT Defence GmbH & Co. KG, Germany

A three dimensional compressive reactive two-phase CFD-model including LES (Large Eddy Simulation) turbulence model was built and applied to combustion of a dust jet in air. The full set of conservation equations were simplified where feasible not trading off accuracy. The combustion was modeled with a single irreversible forward reaction using first order kinetics, and ignition was defined as a temperature threshold only to simplify the energy equation as much as possible. The model seemed to be satisfactorily realistic by qualitative measures by video recordings and by the fact, that the flameholder designed using the model works in practice.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי‬ 16.06.10
שעה‬ 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר‬ 241
‫כבוד קל יוגש לפני ההרצאה‬

המשך...

Employing the Rapid Boiling of Droplets for Propulsion in the Submerged Marine Ramjet: Boiling Curve, Flow Form and Performance

Herman D. Haustein

Center for Heat and Mass Transfer, RWTH Aachen

Direct-contact rapid-boiling has many applications in the chemical and thermal fields when speed and timing are of essence, as in high-speed multiphase flow. One such application is the Marine Ramjet (MRJ) employing compressed air as a “fuel”: the gas expansion work is converted to thrust in a nozzle. A novel method is examined here using the rapid boiling of a liquefied-gas (Refrigerant) as an alternative “fuel” source.

For evaluation of the boiling rate occurring in the MRJ, the fundamental problem of rapid boiling (timescale 10-100 milliseconds) of a single droplet in an immiscible liquid medium was investigated experimentally, within a new range of superheat (0.26<Ja*<0.43). The boiling rate was found to be roughly constant and quite insensitive to instantaneous conditions such as rise velocity, due to radial-flow dominating the convective heat transfer. The high-Reynolds flow field in this problem was approximated by the potential-flow solution. This well-known transient solution was rescaled, to require one less assumption. It was then found that due to high expansion-rate an asymmetrical Rankine-body is formed, with inertial flow-separation occurring at the rear, resulting in much higher drag than previously predicted. Following a parametric study, an empirical bubble growth correlation (BGC) was proposed for the prediction of the boiling rate based on: liquid properties, droplet geometry, ambient pressure and ambient temperature. The BGC equation is demonstrated to have higher accuracy than classical theory at high superheats, incorporating the effects of higher pressures (as occur in the MRJ).

For the MRJ application several liquids and outlet nozzles were examined in a modified tow-pool, at velocities up to 18m/s. At lower velocities thrust was similar to compressed air, while at higher velocities a significant advantage in thrust was found due to boiling. This advantage presented a maximum in a narrow range of velocity that is interpreted as the completion of boiling of a typical droplet near the end of the nozzle. By comparing to boiling-time predicted by the BGC equation, typical droplet sizes could be extracted, showing agreement with those measured in the MRJ under static conditions.

Use of a boiling liquid in the MRJ leads not only to a compact self-sustained unit, suitable for underwater operation, but has potential for even higher thrust (expansion-work) at higher velocities than those examined here. While the down side of this method is the limited operation time due to limited liquid storage capacity, it seems suitable for implementation in a surface-torpedo.

ההרצאה תתקיים ביום שני‬ 21.06.10
שעה‬ 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר‬ 241
‫כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

Information Patterns in Discrete-Time Linear-Quadratic Dynamic Games

Meir Pachter

Air Force Institute of Technology
AFIT/ENG
Wright-Patterson A.F.B., OH 45433, USA

Information - who knows what, when - plays a critical role in game theory, and, in particular, in dynamic games. Thus, dynamic game theory is an ideal vehicle for exploring the interplay of dynamics and information. We confine our attention to discrete-time Linear-Quadratic Dynamic Games (LQDGs) which have the distinct advantage of readily being amenable to analysis without having to overcome conceptual and echnical difficulties, closed-form results are possible, and one is in tune with modern digital signal processing techniques. In this article a hierarchy of discrete-time LQDGs characterized by a sequence of information patterns which increase in complexity is analyzed and insight into the Dynamics of Information Systems is obtained.

ההרצאה תתקיים ביום שני 14.06.10
שעה 13:30
בנין אוירונוטיקה חדר‬ 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה‬

המשך...

פתרונות מדויקים ללווחים עם טלאים פייזואלקטריים

סטאס גלייזר

עבודת גמר לקראת תואר מגיסטר למדעים
בהנחיית פרופסור חיים אברמוביץ

קבלת פתרון מתמטי מדויק של לוח על סמכים כלשהם ייתכן רק למקרים של שני סמכים פשוטים על שתי פאות מקבילות של הלוח. במקרה של למינט אנאיזוטרופי בתוספת שכבות פייזואלקטריות הבעייתיות של הפתרון עולה. המידול של הלמינט והמפעילים הפייזואלקטריים נעשה בדרך כלל בעזרת שימוש באלמנטים סופיים. על מנת להיות מסוגלים להעריך את דיוק הפתרון באלמנטים סופיים, או בשיטות מקורבות אחרות, יש צורך בקבלת פתרון אנליטי מדויק שיכול להוות benchmark להשוואה.

מטרת המחקר היא מציאת פתרון אנליטי לבעיית שקיעה של למינט מלבני אורטוטרופי בעל ליווח סימטרי עם תנאי שפה שונים שמופעל עליו עומס רוחבי קבוע או מומנט מושרה עקב שכבות פייזואלקטריות. בוצעה אנליזה עבור למינט דק בעל טלאים פייזואלקטריים רציפים בהתבסס על תורת הליווח הקלאסית (CLPT). עבור למינט בעל עובי בינוני הנתון תחת העמסה רוחבית פותחו משוואות שיווי המשקל בהתבסס על תורת הגזירה מסדר ראשון (FSDT).

פתרון המשוואות מתבצע בצורה איטרטיבית בעזרת שיטת Kantorovich בצורתה המורחבת. שיטת Kantorovich הינה שיטה מתמטית חצי-אנליטית לטיפול במשוואות דיפרנציאליות חלקיות ע"י ביצוע הפרדת משתנים לפונקציה הנעלמת, הצעת פתרון ביחס לכיוון מסוים ופתרון המשוואה בכיוון השני. בסופו של תהליך איטרטיבי מתקבל פתרון אנליטי סגור. השיטה הוכחה כיעילה מאד בהיבטי ההתכנסות ובחירה שרירותית של פונקציות הניחוש.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי (2.06.10)
שעה 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

TENSOR-VALUED FUNCTIONS IN ATTITUDE KINEMATICS AND ORBITAL DYNAMICS

Vladimir Martinusi

Post-Doctoral Fellow
Faculty of Aerospace Engineering and Asher Space Research Institute

This presentation deals with some fundamental problems in rigid body dynamics as well as in astrodynamics and celestial mechanics, with the help of a very useful tool: the tensor algebra. Attitude kinematics and the relative orbital motion problem are two important situations where the use of the tensor instrument simplifies the underlying dynamics while offering new perspectives. A general solution to the attitude-kinematics equation is determined and is expressed as a product of a maximum of three explicitly computable tensor exponentials. An application is presented for the situation wherein the angular velocity has variable magnitude along a uniformly precessing direction, with explicit matrix equations for the rotational state.
Another tensor instrument is presented in order to transform the relative orbital motion problem into the classical Kepler problem. Remarkably, a tensorial regularization of the relative orbital motion problem transforms it into the equation of a harmonic oscillator. In the end, a parallelism among the tensor/quaternion/spinor approaches of dynamics is pointed out.

Monday 31^st May, 2010 at 13:30
Seminar Room, Asher Space Research Institute
Light refreshments will be served before the seminar.

המשך...

השפעת מנת התמירות על נגזרת הריסון בעלרוד

אלון מעין

הפקולטה להנדסת אוירונוטיקה וחלל, הטכניון
עבודת מחקר לקראת תואר מגיסטר למדעים
בהנחיית פרופסור רימון אריאלי ובהנחיית פרופסור גיל יוסילבסקי

מטרת המחקר היא בחינה ניסויית של השפעת מנת התמירות (fineness ratio) על נגזרת הריסון בעלרוד, לתצורות גוף-כנף. על סמך התוצאות מנותחים גבולות הישימות של תורת הגופים התמירים בחישוב נגזרת הריסון בעלרוד. הניסויים בוצעו בתנאים של זרימה תת קולית, במנות תמירות 2, 3, 4 ו-6. לצורך המחקר הוקמה מערכת לניסויים דינמיים המאפשרת תנודה בלתי מאולצת במישור העלרוד. נעשה שימוש ברכיב המשלב מסב וקפיץ פיתול, כדי לאפשר תנודה גם בזווית התקפה שונה מאפס. בוצעו שתי סדרות של ניסויי מנהרה, האחת של ניסויים דינמיים והשנייה של ניסויים סטטיים. מתוצאות הניסויים הדינמיים שוערכו נגזרת הריסון בעלרוד וכן נגזרת מקדם מומנט העלרוד. מתוצאות הניסויים הסטטיים חושבו נגזרות מקדמי הכוח הניצב ומומנט העלרוד.

בניסויים סביב זווית התקפה אפס לתצורה במנת תמירות 2, לא דעכה משרעת התנודה, בעוד שבשאר מנות התמירות המשרעת דעכה לאפס. נשקלו מספר הסברים ועולה כי מקור התופעה בהיפוך סימן נגזרת הריסון בעלרוד, בסמוך לזווית התקפה אפס. הוצע מודל ריבועי של נגזרת הריסון בעלרוד, כתלות בזווית ההתקפה. על סמך המודל שהוצע שוחזרו תוצאות הניסוי וחושב ערכה של נגזרת הריסון בעלרוד. הוצע הסבר כי מקור התופעה במרכיב לא ליניארי של מומנט העלרוד הסטטי, הנגרם עקב ניתוק זרימה. מהשוואה של התוצאות שהופקו מהניסויים, לחיזוי של נוסחאות תורת הגוף התמיר, נמצא כי עם הירידה במנת התמירות, פוחתת ההתאמה. במנת תמירות נמוכה ייתכן אף היפוך סימן של נגזרת הריסון בעלרוד, תופעה שאינה נחזית כלל על ידי נוסחאות הקירוב הפשוטות.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי כ"ח אייר תש"ע (12.5.10)
שעה 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...

שיפור התנעה של מנועי סילון קטנים בתנאים קשים

סבלי חוסיד

מחלקת הנעה סילונית, מנור, רפאל.

התנעה של מנוע סילון קטן בתנאים של לחץ וטמפרטורה נמוכים מהווה בעיה שמגבילה את מעטפת הפעולה של הפלטפורמה שמשתמשת במנוע זה. בתנאים אלו ללא אמצעים נוספים הלהבה בתא השריפה של המנוע אינה מתפשטת. תוספת חמצן לאזור ההצתה משפרת משמעותית את המצב ומאפשרת להצית את תא השריפה בתנאים קשים במיוחד. הפעילות שתוצג בהרצאה כוללת מאמצים לפתרון בעיית ההצתה של מנועי סילון קטנים במספר הבטים. ההבט הפרקטי קשור לשיפור מערכת אספקת החמצן המוסף לאזור ההצתה. בנושא זה יוצגו רעיונות לטכנולוגיה חדשה של אספקת החמצן באמצעות חומרים מוצקים שמשחררים חמצן תוך כדי התפרקותם ו/או בעירתם. הפרק התיאורטי יכלול דיון במנגנון של השפעת החמצן על אזור ההצתה והתפשטות הלהבה. תוצג גישה שמקשרת בין ריכוז החמצן לבין פרמטרים אינטגראליים של תא השריפה, שתאפשר את הערכת כמות החמצן הנדרשת להצתה של תא השריפה בתנאי לחץ חיצוני נמוך. בפרק האנליטי יוצגו תוצאות מידול להבה דיפוסיבית, עם פרופיל מהירות אמיתי. בפרק האחרון יוצגו היבטים נוספות של שימוש בדלקים אלטרנטיביים במנועי סילון.

ההרצאה תתקיים ביום רביעי 21.4.10
שעה 16:30
בנין אוירונוטיקה חדר 241
כבוד קל יוגש לפני ההרצאה

המשך...