معرفی نرم افزار matlab
معرفی نرم افزار matlab
MATLAB یک نرم افزار قوی جهت دانشجویان و محققین رشته های ریاضی و مهندسی است که اولین نگارش آن در دانشگاه نیومکزیکو
و استانفورد در سال ١٩٧٠ در جهت حل مسائل تئوری ماتریسها، جبر خطی و
آنالیز عددی بوجود آمد و امروزه صدها هزار کاربر دانشگاهی، آکادمیک، صنعتی و
… در زمینه های بسیار متنوع مهندسی نظیر ریاضیات پیشرفته، جبر خطی،
مخابرات، مهندسی سیستم و … با MATLAB بعنوان یکی از اولین محیط های
محاسباتی و تکنیکی که قادر به حل مسائل آنهاست، آشنا می شوند.
ریاضیات،
زبان مشترک بسیاری از علوم مهندسی است. ماتریس ها، معادلات دیفرانسیل، رشته
های عددی اطلاعات، ترسیمات و گراف ها از لوازم اصلی بکار گرفته در ریاضیات
و نیز در MATLAB هستند.
MATLAB اکنون یک سیستم مؤثر و زبان برنامه نویسی بسیاری از محاسبات علمی و مهندسی است.
این
نرم‌افزار تقریباً در تمامی رشته‌های مهندسی به كار می‌رود. در هر رشته‌ای
كه نیاز به محاسبات ریاضی، ترسیم منحنی، شبیه‌سازی مدل، آنالیز عددی و …
باشد، استفاده از MATLAB می‌تواند مفید باشد. مسایلی كه در رشته‌های
مهندسی معمولاً با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی C و Fortran حل
میشوند، با استفاده از MATLAB بسیار راحت‌تر و سریع‌تر حل میشوند. این
نرم‌افزار دارای جعبه ابزارهای مختلفی است كه دانشجویان و مهندسان هر رشته
می‌توانند از جعبه ابزار رشته خود استفاده كنند. هر جعبه ابزار، صدها
امكان خاص برای رشته موردنظر به MATLAB اضافه می‌كند. شما می توانید به
سادگی، توابع و برنامه های خاص خودتان را با استفاده از کدها و توابع
MATLAB بنویسید و در صورتی که تعداد آنها زیاد باشد با اختصاص یک زیر شاخه
برای آنها از مجموعه آنها یک جعبه ابزار درست کنید.
در حقیقت MATLAB یک
زبان برنامه نویسی آسان با مشخصات بسیار پیشرفته و ساده تر از زبان های
کامپیوتری نظیر Fortran و یا C است. به همراه MATLAB نرم‌افزاری به نام
Simulink عرضه میشود كه امكان شبیه‌سازی سیستم‌های كنترلی را فراهم
می‌كند. این نرم افزار یک محیط پرقدرت برای تصویر کردن اطلاعات را از طریق قابلیت های گرافیکی فراهم می کند.
قابلیت های کلیدی نرم‌افزار Mathworks Matlab:
– مدل‌سازی فیزیكی
– تحلیل‌های آماری
– منطق فازی
– واقعیت مجازی
– پردازش تصویر
– طراحی فیلتر
– تحلیل‌های اقتصادی
– شبكه‌های عصبی
– طراحی سیستم‌های مخابراتی
– و …
امکانات نرم افزار متلب:
– عملکرد یکپارچه برای انتگرال گیری عددی 1-D ، 2-D و 3-D و کارآیی بهینه شده برای ریاضیات پایه و عملکردهای میانگیری
– MATLAB Compiler :MATLAB Compiler Runtime انتشار برنامه های کامپایل شده و اجزا را ساده می کند.
– جعبه ابزار پردازش تصویر: ثبت تصویر خودکار با استفاده از بهینه سازی شدت متریک
– جعبه ابزار مشخصات: رابط کاربری بهینه شده برای جاسازی، محاسبه و ثبت مسیر توسط خط، خط تعمیم سافته و رگرسیون غیر خطی
– جعبه ابزار شناسایی سیستم: شناسای دائم عملکردهای انتقال
– HDL Coder : محصولی جدید برای جایگزینی Simulink HDL Coder و اضافه کردن HDL code به صورت مستقیم از MATLAB
– HDL Verifier: محصولی جدید برای جایگزینی لینک شبیه سازی eda و اضافه کردن Altera FPGA-in-the-loop
– MATLAB Coder: ساخت کد از آبجکت های تعیین شده توسط سیستم و ساخت خودکار Library های داینامیک به اشتراک گذاشته شده
– جعبه ابزار سیستم بصری کامپیوتر: تشخیص آبجکت Viola-Jones ، تشخیص امکان MSER و بررسی CAMShift
–
جعبه ابزار ارتباطات سیستم: پشتیبانی از رادیو USRP ، مدل های کانال LTE
MIMO و پشتیبانی از کارت گرافیک برای LDPC، Turbo Decoder و دیگر الگوریتم
ها
– و …
آشنایی با موتورهای جت
اولین
موتور جت توسط دو شخص بطور همزمان ساخته شد. آقای فرانک ویتل از بریتانیای
کبیر(انگلستان)وآقای هانس وان اوهین از آلمان که درسال م.1930 بطور مستقل
از یکدیگر اولین موتور جت را بطور همزمان ساختند.ویتل تفکرات اولیه اش از
22 سال سابقه کاری در نیروی هوایی رویال سرچشمه گرفت. بخاطر نوآوریش درسال
1932 وهمچنین چاپ نوآوریش یک پاداش به او اعطا شد اما او انتظار توجه کمی
داشت. ویتل در سال 1936 برای کار در کمپانی تحقیقی جت های قدرتمند فرا
خوانده شدواقدام به توسعه کارهای مدلی موتور خود برای استفاده ی نظامی کرد.
بعد از حل و فصل کردن بسیاری از مشکلات فنی سرانجام برگه ی پشتیبانی را در
سال 1939 از دولت انگلیس دریافت کرد. در
این میان مهندس آلمانی هانس وان اوهین مطالعات مستقل خود را در مورد
پیشران جت در 1930 زمانی که دوره ی دکتری خودش را میگذارند,شروع کرد.در سال
1937بتفصیل برای طراحی و ساخت یک موتور قوی و یک بدنه مناسب تلاش کرد و
موتور او اولین موتور جتی بود که بعد از ساختن هواپیمای هینکل هی 178 که
ساخته ی خودش بود در 27 آگوست 1939 به پرواز درآمد. درانگلیس,
وزارت هوا از آزمایش ویتل که موتورخود را بر روی هواپیمایی که توسط گلاستر
ساخته شده بود سوار کرده بود خیلی تحت تاثیرقرارگرفته بود. هر
چند سالهای زیادی طول کشید تا هردو کشور ارزش موتورهای جت راتشخیص دهند
اماهر دو آنها درخواستی راجهت جت های قدرتمند جنگنده داشتند و نتیجه این که
هر دوی آنها در جنگ جهانی دوم از این هواپیماها استفاده ی نظامی بردند. زمانی که موتور ویتل طراحی و ساخته شده بود شرکت جنرال الکتریک هم در ایالات متحده پیشرفت هایی حاصل کرده بود و ازموتور جدیدی در Bell P-59 Airacomet استفاده کرده بود.دیگر جت هایی که در جنگ جهانی دوم(W.W.2) توسعه یافتند شامل Heinkel He 162 و He 280 که به خوبیLockheed P-80 Shooting Star بودند اشاره کرد.آلمان هم طرح هایی تدارک دید و حتی اجازه ی ساخت یک جت کامل خود(Me 262 ) را در ژاپن در جریان جنگ داد. موتور جت نوعی موتور است که از شتاب دادن و تخلیه شاره برای ایجاد رانش برپایه قانون سوم نیوتن استفاده میکند.با این تعریف گسترده موتورهائی مانند توربوجت و توربوفن و رام‌جت و موتور موشک، گونه‌ای موتور جت به‌شمار می‌روند. ولی معمولاً منظور از موتور جت توربینی است که با بیرون‌دادن گاز داغ برای پیشرانش به‌کار می‌رود. موتورهایی که از اصول کار موتورجت بهره‌می‌برند ولی پیشرانش در آنها با ملخ انجام میگیرد توربوپراپ نام دارند و نوعی موتور جت به‌شمار نمی‌روند.
آزمایش یک موتور جت پرات اند ویتنی که برای جنگنده اف-۱۵ ساخته شده استمدت‌ها
صحبت از این بود كه روزی موتورهای جت با استفاده از سوخت جانشین به كار
خواهند افتاد. با این حال هنوز هیچ كس نمی‌داند كه چه زمانی این اتفاق رخ
میدهد و جزئیات آن چگونه خواهد بود. اما در حالی كه صنعت هوانوردی به
آینده مبهم‌اش می‌اندیشد، سازندگان موتورهای جت هم اكنون به فكر نجات
خودشان افتاده‌اند و تلاش می‌كنند تا موتورهایی بسازند كه بتواند حمل و
نقل هوایی را پاك‌تر، ساكت‌تر و كارآمد‌تر كند، البته نه در 30 سال آینده
كه ظرف 5 یا 6 سال. یكی از جدی‌ترین تلاش‌ها در این میان نسل بعدی
موتورهای كمپانی «پرات اند ویتنی» موسوم به توربوفن دنده‌ای است كه اگر
همه چیز به خوبی پیش برود، شاهد آغاز فعالیت آن در سال 2013 خواهیم بود. در
موتورهای جت امروزی فن غول‌پیكری در جلوی موتور قرار دارد كه هوا را به
درون محفظه احتراق می‌كشاند. سپس در انتهای موتور توربینی قرار دارد كه هوا
را با نیروی حاصل از احتراق موتور، به سمت عقب می‌دمد. مشكل اساسی اینجا
است كه فن، موتور و توربین به هم متصل‌اند و هر 3 با سرعت یكسان كار
می‌كنند كه به هیچ‌وجه خوب نیست. در واقع فن در سرعت پایین عملكرد بهتری
دارد و توربین در سرعت بالا. همچنین عامل اصلی غرش مهیب هواپیما نیز همین
حركت سریع فن‌ها است. مهندسان پرات اند ویتنی موتور جدیدشان را به جعبه
دنده بسیار پیشرفته‌ای مجهز كردند كه به كمك آن فن و توربین می‌توانند با
سرعتهای متفاوتی كار كنند. به این ترتیب با فعالیت فن و توربین در
سرعتهای بهینه، موتور نیروی پیشران بیشتری تولید می‌كند و سر و صدای
هواپیما نیز كمتر خواهد بود. به گفته مهندسان پرات اند ویتنی هزینه فعالیت
و نگهداری این موتور در مقایسه با انواع فعلی به ترتیب 10 و 30 درصد كمتر
خواهد بود كه میزان صرفه‌جویی ناشی از آن برای یك جت 120 نفره به 600 هزار
دلار در سال می‌رسد. انواع موتور های جت: موتور های جت کلا به هفت دسته تقسيم می شوند: ۱.توربين گاز۲.توربو فن۳.رم جت۴.پالس جت۵.پرشر جت۶.توربو جت۷.توربو پراپ ۱. توربين گاز در
حقیقت تمامی موتورهای جتی که دارای توربین هستند توربین گاز ناميده می
شوند ولی اصطلاح توربین گاز بیشتر به موتورهای جتی داده میشود که هدف
استفاده از آنها تولید رانش نیست بلکه چرخاندن توربین و اکثرا برای تولید
برق است و برخی اوقات در طراحی و نحوه قرار گرفتن توربین ها و نازل با
انواع دیگر موتور جت تفاوت عمده ای دارند . در توربین های بخار برای
چرخاندن توربینها ابتدا آب را توسط سوختهای فسیلی حرارت میدهند تا آب تبدیل
به بخار شود و بخار سبب چرخش توربین میشود که این سیستم دارای ضعفهایی است
از جمله حجیم بودن دستگاهها و تشکیلات نیروگاه ولی در توربین گاز
مرحله تبدیل آب به بخار حذف شده است و گاز های داغ خروجی که در توربین بخار
هدر میشوند در این حالت مستقیما سبب چرخش توربین میگردد . ۲. توربوفنموتور
های توربو فن در واقع دارای فرآیندی مابین دو موتور توربوجت و توربو پراپ
هستند . تفاوت این موتور با موتور توربو پراپ در این نکته است که پنکه
موتور توربوپراپ کاملا خارج از پوسته و بدنه موتور قرار دارد ولی در موتور
توربوفن این پنکه کاملا در داخل پوسته موتور قرار دارد . از این نوع موتور
جت برای سرعت های مادون صوت استفاده میگردد .توربوفن ها دارای بازدهی
نسبی زیادی هستند . بخشی از هوای ورودی توسط پنکه این موتور توسط داکتی و
جدا از محفظه احتراق و توربین ولی در امتداد آنها به سمت نازل پیش برده
میشود که در نهایت نیز به گاز های داغ تولیدی میپیوندد و بر نیروی رانش
تولیدی میافزاید . در زیر شکلی برش خورده از یک موتور توربو فن مشاهده
میشود ولی داکت هدایت هوا در شکل مشخص نیست . 3. رم جترم
جتها را توربین گازی به حساب نمی آورند زیرا این نوع از موتور جت دارای
کمپرسور و توربین نمیباشد موتور رم جت اکثرا به عنوان موتور دوم مورد
استفاده قرار میگیرد به اینصورت که هواپیما یا راکت در ابتدا توسط موتور
اصلی خود به پرواز در میاید و پس از رسیدن به سرعت معین که میزان فشار و
سرعت لازم هوای ورودی برای رم جت تامین گردید موتور رم جت خود را روشن
میکند . رم جتها نسبت به انواع دیگر موتورهای جت تولید رانش بیشتری میکنند
ولی برای شروع پرواز مناسب نمیباشند . 4. پالس جت پالس
جتها یکی از انواع قدیمی موتور جت میباشند که بعضی اوقات بدلیل مشترکاتی
با رم جت یکی شمرده میشوند .پالس جت ها همانند رم جت نه دارای کمپرسور
هستند و نه دارای توربین ولی از نظر کار کرد تفاوت عمده ای دارند .موتورهای
پالس جت در گذشته کاربرد داشتند و در هواپیما های قدیمی به عنوان پیشران
استفاده میشدند ولی هم اکنون استفاده چندانی ندارند چراکه امروزه موتور های
توربو جت با بازدهی بالا جایی برای انواع دیگر باقی نگذاشتند ولی به دلیل
سیستم کارکرد جالبی که این موتور دارد به تشریح دونوع از این موتور
میپردازیم .در موتورهای پالس جت به خصوص نوع دریچه دار عمل احتراق با فرض
ایده آل حجم ثابت است . دقت شود که پالس جت ها بر خلاف رم جت ها در سرعت
صفر نیز قابلیت استارت و کار آیی هستند .( در مورد پالس جت ها این باور
عمومی وجود دارد که حداکثر سرعت پرنده ای که با پیشران پالس جت حرکت میکند
زیر 750 کیلومتر بر ساعت میباشد ) سیکل کارکرد پالس جت دریچه دار : احتراق : در
اين فاز احتراق سوخت منجر به تشكيل توده بزرگي از گرما و فشار ميشود فشار
حاصل منجر به بسته ماندن شير يكطرفه كه در پشت هوا و سوخت محترق ميباشد
ميگردددر نتيجه توده محترق بناچار فقط در مسيرمورد نظر ميتواند حركت كند. انفجار:در اين مرحله سوخت و هواي منبسط شده از نازل خارج ميگرددو گازهاي داغ خروجي منجر به توليد نيروي رانش ميگردد. سوخت گيری: گازهاي
داغ بدليل انعطاف پذيري و دارا بودن جرم تمايل به حفظ حركت خود به سمت
نازل را دارند حتي اگرفشار داخل موتور كمتر فشار محيط باشد خروج اين گازها
از محفظه احتراق موجب افت فشار در محفظه و بازشدن شير يكطرفه ميگردد و
مقداري سوخت و هوا به اين محفظه وارد ميشود فشردگی:بدليل
فشار كم موجود بين هوا و سوخت ورودي و گازهاي داغ خروجي مقداري از اين
گازهاي داغ به محفظه احتراق باز ميگرددكه اين عمل موجت محترق شدن اين توده
هوا و سوخت ميشود و سيكل به مرحله اول باز ميگردد . سیکل کارکرد پالس جت بدون دریچه : در
پالس جت های بدون دریچه خمی که مابین محفظه احتراق و نازل قرار دارد دقیقا
کاری را انجام میدهد که دریچه در نوع دریچه دار انجام میدهد .با وجود این
خم در این ناحیه کاهش فشار ایجاد شده و مقداری از گاز های در حال خروج را به محفظه احتراق باز میگرداند .و بقیه مراحل دقیقا همانند نوع دریچه دار میباشد که در بالا توضیح داده شد . ۵. پرشر جت اين
موتور جت امروزه كاربردي در صنايع هوايي و به عنوان پيشران جت ندارد . اين
موتور را ميتوان طرحي ابتدايي از موتور رم جت دانست . در اين پیشران جت
سوخت از قسمت بالايي به داخل لوله اي چند تكه كه از بالا به پايين قطور تر
ميگردد پاشيده ميشود و از قسمت بالایی و دهانه لوله و همچنین از فواصلي كه
مابين اين لوله چند تكه وجود دارد هواي تازه وارد لوله شده و با سوخت
مخلوط ميگردد . سپس مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق شده و محترق
ميگردند . براي گرم كردن سوخت پيش از عمل احتراق ، لوله سوخت رسان را در
محفظه احتراق و بدور جدار داخلي آن ميپيچانند و به اين ترتيب سوخت گرما را
از توده گاز داغ محترق شده دريافت ميكند و گرم ميشود ، به اين ترتيب عمل
احتراق نيز با كيفيت بهتري انجام ميگردد. ۶. توربو جتتوربو
جتها از انواع متداول موتورهای جت هستند که در اکثرهواپیماهای جنگنده و
پرنده هایی که با سرعتهای زیاد حرکت میکنند استفاده میگردد . در زیر به طرز
کار موتور توربو جت میپردازیم 1 . در مرحله اول هوا از طریق دهانه ورودی وارد ابتدای قسمت کمپرسور میشود .2 . در مرحله بعدی هوا توسط کمپرسور فشرده شده و بطرف دیفیوژر فرستاده میشود . 3 . پس از کاسته شدن سرعت و افزایش فشار و دمای هوا در دیفیوژر هوا به محفظه احتراق و سپس لوله احتراق فرستاده میشود . 4
. پس از عملیات احتراق در موتور گاز های داغ تولیدی باعث چرخش توربین و در
نتیجه محور متصل به توربین میگردد.از نکات قابل توجه در طراحی یک توربو جت
طراحی بخش نازل و خروجی است چراکه هدف استفاده از توربوجت نیروی رانش
پرنده میباشد . در بهترین حالت فشار ستون هوای داغی که از موتور خارج
میگردد با فشار جو اطراف پرنده برابر است . توربو جت با جریان محوری (با کمپرسور محوری چند مرحله ای): توربو جت با جریان مرکزی (با کمپرسور سانتریفیوژ چند مرحله ای): ۷. توربو پراپموتور
جت توربو پراپ ، موتوری است ما بین موتور توربوفن و توربو جت .طرز کارکرد
این موتور با توربو جت دقیقا همسان میباشد . پروانه بزرگ که به شفت اصلی
متصل است نیروی رانش یا تراست تولید میکند نیروی تراست تولیدی پروانه همراه
با نیروی رانش تولیدی توسط گازهای داغ خروجی نیروی رانش برآیند را تولید
میکند انقلاب در صنعت ساخت موتورهای جت توسط استاد ایرانی دانشگاه پوردو استاد
ایرانی علوم مهندسی مکانیک دانشگاه پوردو آمریکا ریز حسگرهای بی سیمی
ساخته است که به جهت ظرافت های فوق العاده در ساختار کلی کوچکترین نواقص
فنی در موتورهای جت را که عمدتا به سقوط هواپیماها منجر می شوند بلافاصله
شناسایی می کنند. پروفسور
فرشید صادقی استاد علوم مهندسی مکانیک دانشگاه پوردو آمریکا با همکاری
پرولیوس از دیگر محققان این دانشگاه این حسگرهای فوق پیشرفته را طراحی و
ساخته است.این
حسگرها مثالی روشن از سیستم های میکرو الکترومکانیکی بوده و نیروی هوایی
آمریکا برای استفاده از آنها ابراز علاقه کرده است. نیروی هوایی آمریکا در
نظر دارد از این فناوری مدرن و کاربردی برای جلوگیری از وقوع نواقص مرگبار
فنی در موتورهای جت استفاده کند. پروفسور فرشید صادقی از دانشگاه پوردوی آمریکابه گفته کارشناسان از این ریز حسگرها همچنین می توان در هواپیماهای غیرنظامی، خودروها و سایر سیستم های حرکتی مشابه استفاده کرد.به
گفته آنها هر سیستمی که دارای موتور باشد می تواند از مزایای آن استفاده
کند. این برای نخستین بار است که فناوری ارایه شده از سوی پروفسور صادقی در
چنین سیستم پیچیده ای (موتور جت) به کار گرفته شده است. این حسگرها هشدار اولیه و دقیق تری از نواقص فنی را ارایه می کنند چون مستقیما دمای موتور و قسمتهای مربوطه را کنترل می کند.این
درحالی است که در حال حاضر از تکنیک روغن کاری حسگرها و در ادامه اندازه
گیری تغییر دمای روغن برای پی بردن به نواقص فنی استفاده می شود.محققان
استفاده از این فناوری نوین را به جهت اندازه کوچک تر و اطمینان بیشتر در
دستور کار استفاده دارند. در حال حاضر حسگرهای فعلی قابلیت تحمل دمای تا
410 درجه فارنهایت را داشته و نیروی هوایی آمریکا به دنبال افزایش آن به
570 درجه فارنهایت است.نتایج دستاورد ارزشمند این محققان در کنفرانسی که اخیرا در آتلانتا برگزار شد ارایه شده است. پروفسور
صادقی در سال 1979 مدرک کارشناسی خود را از دانشگاه تنسی دریافت کرد. وی
در سال 1981 نیز کارشناسی ارشد خود را از همین دانشگاه اخذ کرد و در نهایت
در سال 1985 نیز مدرک دکتری خود در رشته مهندسی مکانیک را از دانشگاه
کارولینای شمالی دریافت کرد.عمده تحقیقات وی بر حوزه هایی نظیر مکانیک های تماسی و پردازش مواد متمرکز است.
