طراحی، شبیه سازی و امکان سنجی ساخت مجموعه آزمایشگاهی ارتفاع سنج فشاری

سیستم های داده هوایی ، اطلاعات دقیقی نظیر فشار ارتفاعی، سرعت قائم، سرعت کالیبره، سرعت واقعی، عدد ماخ، زاویه حمله، دمای هوای استاتیک، نسبت چگالی هوا و غیره برای هواپیما و خلبان ارائه می دهند. این اطلاعات علاوه بر خلبان، مورد نیاز بسیاری از زیرسیستم های اصلی مانند کامپیوتر پرواز، بلوک ناوبری و سیستم کنترل سوخت موتور بوده و لذا شناخت آن ها در درجه اول برای فعالیت و کسب دانش و تجربه در حوزه هوافضا، خصوصا در فرآیند طراحی و توسعه وسایل پرنده و حوزه هدایت، کنترل و ناوبری ضروری به نظر می رسد]1.[جیمز و همکاران [2] به طراحی و ساخت ارتفاع سنج لیزری ناسا به منظور انجام ماموریت بر فراز مناطق یخ زده قطب شمال و قطب جنوب پرداختند. این ارتفاع سنج بیش از 13/1 بیلیون اندازه گیری از سطح زمین و اتمسفر را از ماه مارچ سال 2006 انجام داده است. ارتفاع سنج فوق در اولین ماموریت خود توانست بیش از 4600 دور مداری را طی نموده و عکس هایی با رزولیشن 3 سانتی متر را به زمین مخابره کند. جیسون و همکاران [3] طراحی و ساخت ارتفاع سنج لیزری به منظور توسعه و ثبت دقیق اطلاعات نوسان آب دریای آزاد را مورد بررسی قرار دادند. روش به دست آوردن نتایج بدین شکل بود که داده های دو ماموریت متوالی با هم مقایسه و نتیجه آن به عنوان تغییرات سطح آب دریای آزاد، اعلام شد. با استفاده از این روش نرخ میانگین نوسان آب سطح دریای آزاد از سال 1993 تا 2009 معادل 4/0 ± 4/3 میلی متر در سال به دست آمد. اسمیت و همکاران [4] با قرار دادن ارتفاع سنج لیزی ماه مدارگرد، از ماه ژوئن سال 2010 توانستند 10 میلیارد اندازه گیری از بلندی های سطح ماه به صورت متوالی و بالاترین وضوح عکاسی را ثبت کنند. همچنین این سیستم توسط بازتاب لیزری 1046 نانومتر توانسته نقشه هایی با وضوح بالا از پستی و بلندی های ماه را تهیه نماید. شاهمرادی [5] به محاسبه و ارزیابی قابلیت اطمینان ارتفاع سنج رادیویی یک پرنده بدون سرنشین در فرآیند تعمیرات اساسی و ارائه روش بهبود آن پرداخت و توانست با بررسی اجزای مختلف یک ارتفاع سنج رادیویی شامل مشخصات فنی فرستنده، گیرنده، پارامترهای آنتن ها و تکنیکی برد فرستنده، بررسی المان های تعویضی، بررسی نرخ خرابی و نیز زمان رسیدن تا خرابی ارتفاع سنج جسم پرنده، قابلیت اطمینان ارتفاع سنج رادیویی یک پرنده بدون سرنشین در فرآیند تعمیرات اساسی را بررسی و روش هایی برای بهبود آن ارائه دهد. شمسیان و فرجی پور [6] به بررسی فناوری ساخت حس گر ارتفاع سنج آنروئیدی هواپیما پرداختند. مشاهده شد که دقت ارتفاع سنج کاملا بستگی به عملکرد این حس گر دارد. در کار حاضر، به طراحی و شبیه سازی یک مجموعه آزمایشگاهی ارتفاع سنج فشاری به منظور کاربری دانشجویی جهت تطابق جدول فشار با ارتفاع در محیط آزمایشگاهی مبادرت شده است. معماری موردنظر بصورت حلقه بسته طراحی و به کمک نرم افزار متلب/سیمولینک شبیه سازی صورت گرفته و برای حل مسئله از روابط مربوط به قانون اول ترمودینامیک استفاده شده که در ادامه به تفصیل به آنها پرداخته می شود.