دانلود پایان نامه : تدوین و تست نرم افزار شبیه ساز میدان مغناطیسی مداری Magnetic Field Simulator Design And Manufactory

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی هوافضا

گرایش :مهندسی فضایی

عنوان : تدوین و تست نرم افزار شبیه ساز میدان مغناطیسی مداری Magnetic Field Simulator Design And Manufactory

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده  مهندسی هوافضا

پایان نامه کارشناسی ارشد

تدوین و تست نرم افزار شبیه ساز میدان مغناطیسی مداری

Magnetic Field Simulator Design And Manufactory

گرایش : مهندسی فضایی

استاد      راهنما :

دکتر مهران میرشمس

زمستان1393

 

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

لغات کلیدی

شبیه ساز میدان مغناطیسی، مگنتورکر ،تجهیزات تست آزمایشگاهی ،حلقه های هلمهولتز ،گشتاور دوقطبی مغناطیسی ،زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت ،شبیه ساز میدان مغناطیسی فضایی ، کنترل اتوماتیک شبیه ساز میدان مغناطیسی

 

1-            مقدمه……………………………………………………………………………… 17

2-                                                   مروری بر مدلهای ژئومغناطیسی…………………………………… 19

3-                                                                                                                         معرفی مدل مغناطیسی جهانی آمریکایی/انگلیسی برای سال 2005-2010 (WMM)                                                                21

1-1                               تکنیک مدلسازی………………………………………………….. 21

1-2       اطلاعات بدست آمده از داده ها و کنترل کیفیت………………………………. 28

1-2-1-                    داده های ماهواره……………………………………………….. 28

3-1-1-………………………………………………………………………………………… Orsted       30

3-1-1-1-                مغناطیس سنج ها………………………………………….. 31

3-1-1-2-                          ابزار جمع آوری داده ها[data products]………….. 31

3-1-2-…………………………………………………………………………………….. CHAMP       32

3-1-2-1-                مغناطیس سنج ها………………………………………….. 32

3-1-2-2-                              وسایل جمع آوری داده ها…………………………… 32

3-1-3-……………………………………………………………………………………….. SAC-C       34

3-2                            داده های پایش…………………………………………………….. 34

3-3                            تامین تجهیزات…………………………………………………….. 35

3-4                                                                 جمع آوری داده ها و کنترل کیفیت……………. 36

3-5       انتخاب داده برای WMM2005…………………………………………….. 38

3-6       انتخاب و پیش پردازش برای مدل ها………………………………………….. 40

3-7                                                                                    انتخاب برای توانایی پیشگویی پیشرو تا 2010     40

3-8                                 روشهای مدلسازی……………………………………………….. 41

3-9                                            پیشبینی تغییرات ارضی…………………………………… 41

3-10                                                   تکنیکهای وزندهی به دادهها…………………………. 41

3-11                                                                                       قطب مغناطیسی و محل دوقطبی خارج از مرکز          42

3-12                                 پارامتریسازی مدل……………………………………………… 43

3-13                     ضرایب مدل………………………………………………………….. 46

1-                                           معادلات به کار گرفته شده……………………………………………. 52

1-1                                                                                      مؤلفه های شتاب جاذبه را بصورت زیرمی باشد:   52

1-2                                                                                                           مدل باد خورشیدی پارکر به صورت زیر محاسبه می گردد.                                                                             53

1-3                                                                                                                                     برای محاسبه پارامتر های میدان مغناطیسی، مؤلفههای برداری میدان X، Yو Zدر مختصات ژئودزی به صورت ذیل محاسبه میشوند:……… 55

1-4                                                            پارامترهای ناشی از اتمسفر زمین………………….. 57

1-                                            میدان مغناطیسی چیست ؟………………………………………….. 63

2-      مبانی فیزیکی پیچه هلمهولتز……………………………………………………………. 64

2-1       میدان مغناطیسی حلقه………………………………………………………… 65

2-2                                                                       پیچه هلمهولتز و میدان مغناطیسی آن………. 67

2-3                                                                          ویژگی و کاربردهای حلقه های هلمهولتز…… 69

2-4                                                                                                                                       تغییرات میدان تولیدی توسط حلقه های هلمهولتز در فضای بین حلقه ها                                                          70

2-4-1-                                                    جابجایی در راستای محور حلقه ها…………….. 70

2-4-2-                                                                 جابجایی عمود بر راستای محور حلقه ها :.. 78

2-4-2-1-                                                                                       نحوه محاسبه مؤلفه های مغناطیسی در یک نقطه از فضا                                                                         78

2-4-2-2-                                                میدان تولیدی توسط دوجفت حلقه………… 93

2-5                                 القاء و القاء متقابل……………………………………………….. 94

2-6       شار میدان مغناطیسی :………………………………………………………… 96

2-7                اصل القاء…………………………………………………………………. 98

2-8                                             نیروی محرکه الکتریکی :………………………………….. 98

2-9                                قانون القاء فارادی…………………………………………………. 99

2-10               قانون لنز………………………………………………………………. 100

2-11                                                                     پدیده خود القایی و ضریب خود القایی……. 100

2-12                    القاء متقابل………………………………………………………….. 101

2-13                       فرمول نویمن……………………………………………………… 103

2-14                                                    تاریخچه حلقه های هلمهولتز………………………. 105

 

تصویر 1-1- شمایی از خطوط میدان مغناطیسی زمین……………………………………………. 21

تصویر 2- شمای جریان پلاسما در اطراف زمین…………………………………………………… 23

تصویر 3- نمای ماهواره اورستد………………………………………………………………… 28

تصویر 4-نمای روبروی ماهواره چمپ……………………………………………………………. 30

تصویر 5- ماهواره SAC-C  در مدار………………………………………………………….. 32

تصویر 6-مناطق پایش گر در نقاط مختلف زمین…………………………………………………. 34

تصویر 7- میدان تولیدی ت.سط سیم حامل جریان……………………………………………….. 62

تصویر 8- میدان در نقطه ای روی محور تک حلقه………………………………………………… 64

تصویر 9- حلقه های هلمهولتز…………………………………………………………………. 65

 

جدول 1-  معرفی مدل های مختلف ژئومغناطیسی و مشخصات آنها 19

جدول 2-دامنه تغییرات  اجزاء مغناطیسی و GV در سطح زمین  27

جدول 3- حل مثال عددی برای مدل شتاب ناشی از میدان جاذبه زمین. 52

جدول 4- مدل پارامتر های ناشی از میدان مغناطیسی زمین. 56

جدول 5- مدل پارامتر های ناشی از اتمسفر زمین. 58

مقدمه

ماهواره ها ابزار و تجهیزاتی بودند که انسان با دستیابی به آنها توانست به امکانات و توانایی هایی دست یابد که تا آن زمان فقط آنها را در رویا و خیال می دید . در واقع انسان توانست به چشم ها و بازوهایی دست یابد که به وسیله آنها بتواند در محیطهایی حضور یابد که امکان حضور فیزیکی اش در آنها وجود نداشت . به سرعت این تکنولوژی جدید جای خود را در زندگی بشر پیدا کرد و توانست به عاملی تعیین کننده در امور زندگی بشر از فرهنگی و اقتصادی گرفته تا نظامی و سیاسی ، تبدیل شود .

با آغاز به کار اولین ماهواره مباحث جدیدی نیز مطرح شد که اهمیت و ارزشی کمتر از خود ماهواره نداشت . اکتشاف درباره محیط فضا و یافتن عوامل تأثیر گذار بر سامانه های فضایی[1] ، نحوه تأثیر پذیری سامانه های فضایی از این عوامل مؤثر ، چگونگی مقابله و کنترل این عوامل و در صورت امکان استفاده مفید از آنها ، راهکارهای افزایش طول عمر سامانه های فضایی و بالا بردن قابلیت اطمینان آنها ؛ از مهمترین موضوعاتی بودند که ذهن دانشمندان را به خود مشغول کردند . البته علاوه بر جنبه های علمی نمی توان انکار کرد مسائل مادی و هزینه بسیار بالای ساخت یک سامانه فضایی ( و با توجه به شرایط و نیازهای فعلی کشور ما ماهواره )  از مهمترین انگیزه هایی استکه به این مسائل ارزش می بخشید . در اینجا بود که برای نخستین بار بحث آزمایش و تست پیش از پرتاب ماهواره ها   ( با دیدی جامع تر سامانه های فضایی ) و شبیه سازی محیط فضا و عوامل تأثیرگذار آن بر ماهواره مطرح شد .

از دید اینجانب عوامل تأثیر گذار فضایی را می توان در دو دسته تقسیم بندی کرد ؛ دسته اول عبارتند از عواملی که اساساً ماهیت مادی دارند و بدنه ماهواره در مقابل تأثیر گذاری آنها مانند سدی عمل می کند . ریز اجرام فضایی و شهابها ، ذرات سنگین و پرانرژی حاصل از تابشهای خورشیدی  (بادهای خورشیدی ) ، غلظت محیط و بحث اصطکاک و تولید پسا در ارتفاعات پایین از دسته عواملی هستند که تأثیری مادی و اصطلاحاً مکانیکی بر ماهواره می گذارند .

اما دسته دوم عبارتند از عواملی که ماهیت غیر مادی داشته و بدنه ماهواره بر عمق تأثیر آنها بی تأثیر است . در واقع این عوامل کل ماهواره از بدنه گرفته تا زیرسیستمهای داخلی را یکجا تحت تأثیر قرار می دهند . از مهمترین این عوامل میدان گرانش زمین و دیگر اجرام آسمانی و نیز میدان مغناطیسی زمین ( به دلیل اینکه ماهواره در فضای مغناطیسی زمین قرار دارد ) هستند .

هرچند که میدان مغناطیسی به عنوان یکی از تاثیر گذارترین عوامل خارجی در تعیین طول عمر و قابلیت اطمینان ماهواره ها ( تا حدودی دیگر سامانه های فضایی ) در پاسخگویی به نیازهای مأموریتی بسیار مؤثر است اما اطلاعات ما درباره آن بسیار اندک است . حتی ما درباره اینکه آیا در اطراف کرات آسمانی دیگر در منظومه ما و یا در اطراف کرات منظومه های دیگر میدان مغناطیسی وجود دارد یا نه اطلاعات مستدلی نداریم . ولی از آنجاییکه دانشگاهها و مؤسسات تحقیقاتی در دنیا در حال تدوین نقشه مغناطیسی فضا هستند [2]، جای امید وجود دارد . این در واقع گام آغازین در راه تحقیقات الکترومغناطیس فضایی است که البته از سالها پیش بخش مطالعاتی آن آغاز شده است .

همانطور که بیان شد میدان مغناطیسی یکی از مهمترین عوامل تأثیر گذار بر ماهواره محسوب می شود که به واسطه ماهیت غیر مادی اش تمام اجزاء ماهواره از بارمحموله گرفته تا زیرسیستمهای مختلف را یکجا تحت تأثیر قرار می دهد ؛ به عنوان نمونه میدان مغناطیسی بر اجزاء مخابراتی ماهواره ( چه به عنوان بارمحموله ماهواره های مخابراتی و چه به عنوان زیرسیستم مخابرات[3]) تأثیر گذار است ؛ همین میدان با تغییر خطوط میدان مغناطیسی در داخل موتورهای حالت گاز و اصطلاحاً الکتریکی یا یونی بر میزان تراست و ضربه ویژه قابل استحصال از آنها تأثیر می گذارد ؛ میدانهای مغناطیسی با توان بالا این پتانسیل را دارند که بر دوربینها و سنسورهایی که به عنوان بارمحموله مورد استفاده قرار می گیرند تأثیر گذارده و راندمان کاری آنها را کاهش دهند . از سوی دیگر این میدان مغناطیسی

است که بر ذرات بار دار پر انرژی اثر می کند و خط سیر آنها را مشخص کرده و به آنها انرژی مضاعف می دهد و با انرژی و تکانه بسیار آنها را بر بدنه ماهواره ، آرایه های خورشیدی و دیشها و آنتنها می کوبد و به شدت موجب افت در کارایی آنها و کاهش طول عمر آنها و به دنبال آن کاهش طول عمر ماهواره می شود . برای مثال برای آرایه های سیلیکونی در مدار LEO افت راندمان سالانه به 3.75% می رسد که 2.50% آن ناشی از برخورد ذرات باردار پر انرژی است]2 [.

از سوی دیگر یکی از با سابقه ترین ابزارهای کنترلی ماهواره ها مگنتورکرها هستند . مگنتورکرها با اندرکنش با میدان مغناطیسی زمین این توانایی را دارند تا ماهواره را در راستای دو محور کنترل کرده و یا پایدار کنند و یا از روی چرخهای مومنتومی بار برداری کنند . دوپل مغناطیسی تولیدی برای مگنتورکرها مهمترین و برای کنترل ماهواره تعیین کننده ترین فاکتور است . تاکنون هیچ راه مستقیمی برای تست بزرگی دوپل تولیدی مگنتورکرها ارائه نشده است ]5 [. در این پایان نامه بعد از تأکید بر تمامی تواناییهای شبیه ساز میدان مغناطیسی ، نگاهی ویژه به اندرکنش بین شبیه ساز و مگنتورکر شده و الگوریتم و روشی برای تعیین دوپل تولیدی مگنتورکر مفروض با استفاده از ” شبیه ساز میدان مغناطیسی ” ارائه شده است .

آنچه ذکر شد دلایلی است که مقوله بررسی میدان مغناطیسی را به مقوله ای ارزشمند و قابل سرمایه گذاری مالی و زمانی تبدیل می کند . در عین حال به مسئله انجام تست و آزمایش اندرکنشهای اجزاء مختلف ماهواره با میدان مغناطیسی ، ارزش و اهمیتی صد چندان می دهد .

اما بدیهی است که برای تست عملکرد اجزاء تحت تأثیر میدان مغناطیسی ، باید بتوانیم میدانی قابل کنترل و در عین حال قابل پیش بینی بسازیم . بنابر آنچه در فصل اول تحت عنوان ” ماهیت و ذات میدان مغناطیسی و روابط حاکم بر آن ” مورد بحث و بررسی قرار می گیرد ؛ خواهیم دید که میدان مغناطیسی کمیتی برداری و در عین حال بسیار حساس است که با تغییر مکانی جزئی ، اندازه و راستای آن به شدت تغییر می کند و همین مسئله کار با آن را دشوار و در عین حال ظریف می سازد . در علم فیزیک ( در حال حاضر و در دنیای مواد نرمال ) تنها یک وسیله وجود دارد که این توانایی را دارد که میدانی یکنواخت و قابل پیش بینی در محدوده ای کوچک از فضا را تولید کند که ” پیچه های هلمهولتز ” خوانده می شود . به بیان دیگر چنین می توان گفت که :

برای تست تأثیرگذاری میدان بر ماهواره در وحله اول باید میدانی قابل کنترل و پیش بینی تولید کرد که با توجه به نیاز ما قابل تغییر باشد .

در وحله دوم برای تولید میدانی که در بالا توصیفات آن ذکر شد نیاز است تا پیچه های هلمهولتز ساخته شود .

در واقع بررسی میدان مغناطیسی زمین ، شبیه سازی آن و بررسی تأثیرات آن بر ماهواره نیازهایی بودند که به عنوان مبنای اصلی بحث این پایان نامه مطرح هستند . عواملی که موجب شدند تا عنوان “طراحی و ساخت شبیه ساز میدان مغناطیسی[4]” برای پایان نامه پیش روی شما انتخاب و تصویب شود .

 

شاید اگر بگویم دو ترم آغازین در مقطع کارشناسی ارشد سخت ترین دوران تحصیلم بوده است گزاف نگفته باشم اما اکنون با تمام وجود می بینم و احساس می کنم که انتخاب اشتباهی نکرده ام .

 

 

 

خط سیر و روال فصول گزارش پایان نامه

در مورد یک کار عملیاتی المانهای مختلفی وارد بحث می شوند که گاه نیاز به بررسی مطالعاتی و یا نیاز به کار عملیاتی و گاه نیاز به هر دو این موارد دارند . در این گزارش نیز چنین نگاهی حاکم است و سعی شده تا تک تک المانهای مؤثر در انجام پروژه تک تک تفکیک شده و بررسی های تئوریک و کارهای عملیاتی انجام شده بر آن به تفصیل شرح داده شوند و در صورت ضرورت تصاویر ، نقشه ها و جداولی نیز به جهت افزایش توانایی انتقال مطالب به کار گرفته شوند . در نهایت نیز تستها و آزمایشاتی که از دستگاه نهایی گرفته شده است ارائه شده است .

در فصل اول با عنوان ” ماهیت میدان مغناطیسی و حلقه های هلمهولتز ” به بررسی ذات میدان مغناطیسی ، حلقه های هلمهولتز و روابط حاکم بر آنها خواهیم پرداخت در انتهای این فصل شرحی از سیر تاریخی شبیه سازی میدان ارائه خواهد شد . در فصل دوم با عنوان ” نشط میدان مغناطیسی در فضا و مگنتورکر ” به بررسی روابط گسترش میدان مغناطیسی در فضا و تأثیرات آن بر محیط مادی و اندرکنش میدان با مگنتورکر به عنوان محیطی مادی خواهیم پرداخت . در نهایت نیز به توصیف الگوی حرکتی مگنتورکر تحت تأثیر میدان خارجی خواهیم پرداخت و سعی می کنیم تا رابطه ای برای توصیف حرکت آن استخراج کنیم . فصل سوم با عنوان ” سنسور و مدار راه انداز دو المان دیگر شبیه ساز میدان ” فصلی است کم حجم که به بررسی و توصیف دو المان اختیاری و قابل انتخاب برای شبیه ساز می پردازد . فصل چهارم با عنوان ” فرایند و نقشه های ساخت شبیه ساز میدان مغناطیسی ” قلب پایان نامه است که در آن به بررسی مراحل و نقشه های ساخت شبیه ساز خواهیم پرداخت . فصل پنجم تحت عنوان ” نتایج تستهای شبیه ساز میدان مغناطیسی ” به توصیف نتایج تستهای گسترده ای که برای کالیبراسیون شبیه ساز انجام شده است ؛ می پردازد . در فصل ششم با عنوان ” الگوریتم کاری شبیه ساز میدان مغناطیسی ” به توصیف روش و ساختار برنامه ای خواهیم پرداخت که بر مبنای آن و با استفاده از دستگاه شبیه ساز میدان مغناطیسی می توان برای اولین بار ، دوپل مغناطیسی مگنتورکر را به شکل مستقیم استخراج کرد. در انتهای این فصل شرح آزمایشی که مگنتورکر نانوساختار NSFe99.99-1 پشت سر گذاشته است و نتایج حاصل از تست آن با استفاده از سامانه شبیه ساز میدان مغناطیسی (سامانه کوثر100) ارائه شده است.

همانطور که گفتیم در فصل پنج نتایج تست “سامانه شبیه ساز میدان مغناطیسی” ارائه شده است. لازم بود تا صحت این نتایج مورد تأیید قرار گیرد و برای این منظور از نرم افزار شبیه ساز Vizimag استفاده شد. در ضمیمه الف، شبیه ساز مذکور و نتایج حاصل از استفاده آن ارائه شده است.

تعداد صفحه : 158

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید