طراحی و بهینه سازی پرتاب کننده ی الکترومغناطیسی از نوع تفنگ ریلی

پرتاب کننده وسیله ای است که توسط آن اجسام تا سرعت های بالایی شتاب داده شده و سپس رها می گردند. یکی از انواع پرتاب کننده ها، پرتاب کننده های الکترومغناطیسی است که از نیروی الکترومغناطیسی جهت شتاب دادن به اجسام استفاده می کنند. هدف اصلی از توسعه ی تکنولوژی پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، عبور از محدودیت های ذاتی در پرتاب کننده های شیمیایی و رساندن پرتابه به سرعت های بسیار بالا است. به این علت تحقیقات گسترده ای بر روی این پرتاب کننده ها شروع گردیده است. یکی از با اهمیت ترین پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، تفنگ ریلی است. بنابر این در این پایان نامه نیز این نوع از پرتاب کننده ی الکترومغناطیسی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه تفنگ ریلی یک سیستم فیزیکی الکترومغناطیسی است، لذا شبیه سازی آن باید بر اساس حل معادلات ماکسول انجام گیرد. حل این معادلات برای تفنگ ریلی تنها بر اساس روش اجزای محدود امکان پذیر می باشد که این عمل نیز توسط نرم افزار ماکسول انجام گردیده است. با توجه به زمان گیر بودن روش اجزای محدود، معادلات ابتکاری و جدیدی به شکل معادلات دیفرانسیل غیرخطی تغییرپذیر با زمان و همچنین به فرم فضای حالتِ غیرخطی تغییرپذیر با زمان معرفی شده اند که بیان گر فیزیک حاکم بر تفنگ ریلی می باشند. با حل عددی این معادلات امکان تحلیل و بررسی تفنگ ریلی به صورت ساده ای میسر گردیده است، بطوری که می توان با استفاده از معادلات و با کمک الگوریتم های تکاملی، مقدار پارامترهای تفنگ ریلی را بهینه نمود. مهمترین تابع هدف جهت بهینه سازی، افزایش سرعت خروجی پرتابه است. پس از انجام این بهینه سازی و با توجه به اهمیت بازده در برخی از تفنگ های ریلی، افزایش بازده نیز به عنوان تابع دوم به بهینه سازی قبلی اضافه گردیده و مسئله به عنوان یک بهینه سازی چند هدفه معرفی شده است. بهینه سازی چندهدفه بر اساس روش جدید و کارآمد پارتو انجام گرفته است. در ادامه از نتایج حاصل از بهینه سازی به عنوان نقطه ی کار استفاده گردیده تا جهت بررسی تأثیر هر یک از پارامتر های تفنگ ریلی بر عملکرد آن، آنالیز حساسیتی حول این نقطه ی کار انجام گیرد. در پایان تفنگ های ریلی چندطبقه معرفی شده و معادلات حاکم بر آنها استخراج گردیده اند. سپس بر روی پارامترهای این نوع از تفنگ ریلی نیز بهینه سازی صورت گرفته و بر اساس نتایج به دست آمده، راهکاری جهت استفاده از روش چندطبقه برای تفنگ های ریلی پیشنهاد گردیده است.