Η υποομάδα των Αεροδυναμικών είναι υπεύθυνη για τον αεροδυναμικό σχεδιασμό, τη προσομοίωση της τροχιάς του πυραύλου καθώς και την ανάπτυξη μηχανισμών για τη βελτίωση της επίδοσης του. Για την υλοποίησή των στόχων της αναπτύσσει το δικό της λογισμικό, πραγματοποιεί, πραγματοποιεί αναλύσεις Υπολογιστική Ρευστομηχανικής (CFD) και πειράματα σε αεροσήραγγα.

Η υποομάδα χωρίζεται σε δύο τμήματα:

  • Αεροδυναμικού Σχεδιασμού
  • Αυτόματου Ελέγχου

Τμήμα Αεροδυναμικού Σχεδιασμού


Ο κύριος στόχος του αεροδυναμικού σχεδιασμού είναι η σχεδίαση ενός ευσταθούς πυραύλου που φτάνει το επιθυμητό απόγειο με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια. Για την επίτευξη του ο σχεδιασμός χωρίζεται σε στάδια κατά τα οποία πραγματοποιούνται συνεχείς βελτιώσεις μέχρι επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Στα αρχικά στάδια χρησιμοποιούνται  εργαλεία μικρότερης ακρίβειας για εξοικονόμηση χρόνου, όπως το OpenRocket, ενώ στα τελικά πιο ακριβή (CFD). Ακόμα πραγματοποιούνται πειράματα σε αεροσήραγγα ώστε να επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα.

Ανάλυση ευστάθειας πυραύλου στο OpenRocket
Ανάλυση ευστάθειας πυραύλου στο OpenRocket

 Στο OpenRocket καθορίζεται η αρχική διάταξη του πυραύλου, και γίνεται μία αρχική εκτίμηση των διαστάσεων, βαρών. Επιπλέον, υπολογίζονται αεροδυναμικά χαρακτηριστικά (π.χ οπισθέλκουσα), η ευστάθεια ενώ γίνονται και προσομοιώσεις της τροχιάς του. Τη μεγαλύτερη ακρίβεια δίνουν τα προγράμματα Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής (CFD) στα οποία υπολογίζονται τα ίδια αεροδυναμικά χαρακτηριστικά και ευστάθεια. Συγκεκριμένα η υποομάδα χρησιμοποιεί τπρο-επεξεργαστή ANSA της Beta CAE systems για τη διακριτοποίηση του πυραύλου και του όγκου ελέγχου ενώ το ANSYS CFX και Fluent σαν επιλυτές.

Διακριτοποίηση Nosecone στον προ-επεξεργαστή ANSA της BETA CAE Systems
Διακριτοποίηση Nosecone στον προ-επεξεργαστή ANSA της BETA CAE Systems

Για τον ακριβή προσδιορισμό των διαστάσεων του Nosecone και των πτερυγίων πραγματοποιούνται trade studies με τη χρήση CFD ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη λύση.

Στη διάρκεια του σχεδιασμού δίνεται η ευκαιρία να μελετηθούν και να αντιμετωπισθούν πολύπλοκα αεροδυναμικά φαινόμενα όπως η αποκόλληση ροής στα πτερύγια και η δημιουργία κρουστικών κυμάτων σε υπερηχητικές ταχύτητες.

Αποκόλληση ροής σε πτερύγιο
Δημιουργία κρουστικών κυμάτων στο Nosecone

Σημαντικό κομμάτι της υποομάδας είναι η έρευνα και ανάπτυξη νέων σχεδιασμών και εργαλείων. Τα κυριότερα από αυτά μέχρι στιγμής είναι τα:

  • Tailcone: Χρησιμοποιώντας το μοντέλο PEGASUS μελετήθηκε η επίδραση του tailcone στην επίδοση του πυραύλου, με σκοπό να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον. Στόχος του tailcone είναι να μειώνει την οπισθέλκουσα του πυραύλου, μειώνοντας τις δίνες του απόρου.
  • Performance assessment and trajectory analysis: Η υποομάδα έχει αρχίσει να αναπτύσσει ένα εργαλείο εκτίμησης επιδόσεων και ανάλυσης της τροχιάς του πυραύλου το οποίο θα αντικαταστήσει το OpenRocket. Αυτό θα παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια στους υπολογισμούς αλλά και ακριβέστερες προσομοιώσεις.
Ενσωμάτωση Tailcone σε πύραυλο
Ενσωμάτωση Tailcone σε πύραυλο

Τμήμα Αυτόματου Ελέγχου


Σκοπός του νεοσύστατου τμήματος αυτόματου ελέγχου είναι η ανάπτυξη ελεγκτών και μηχανισμών που βελτιώνουν την επίδοση και δυναμική συμπεριφορά του πυραύλου. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάλυση, μοντελοποίηση φυσικών συστημάτων και αυτόματου ελέγχου και την εξαγωγή συναρτήσεων μεταφοράς. Απαραίτητο για το σχεδιασμό και την αξιολόγηση των ελεγκτών είναι η προσομοίωση των συστημάτων, οπού αμφότερα γίνονται στο Matlab και στο Simulink.

Ενσωμάτωση Airbrakes σε πύραυλο
Ενσωμάτωση Airbrakes σε πύραυλο

Αυτή τη περίοδο αναπτύσσεται ένα σύστημα airbrakes ή «αερόφρενων» σκοπός το οποίου είναι ο ακριβής έλεγχος του απόγειου του πυραύλου. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω του ελέγχου πτερυγίων, τα οποία αυξάνουν την αεροδυναμική του αντίσταση.H πρώτη έκδοση του ελεγκτή έχει σχεδιαστεί, καθώς και ένα πρόγραμμα προσομοίωσης (σε συνεργασία με το τμήμα αεροδυναμικού σχεδιασμού) ενώ μένει να κατασκευαστεί το πρωτότυπο για την αξιολόγηση της επίδοσης του. Στην συνέχεια θα συνεχιστεί η ανάπτυξη του, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα μέσω του πλήθους των ελεγχόμενων μεταβλητών και της αύξησης της ακρίβειας των εργαλείων προσομοίωσης.

Στους μελλοντικούς στόχους περιλαμβάνεται ο σχεδιασμός ενός συστήματος ελέγχου της ιδιοπεριστροφής του πυραύλου αλλά και ενός συστήματος active fin control που επιτρέπει τον πλήρη έλεγχο του προσανατολισμού του.