برخلاف اندازه بسیار  کوچک نانوذرات کاربردهای بسیار فراوان دارند. (سخنرانی مشهور فیمان[1]  در سال (1959 کسی در مورد نانوتکنولوژی قبل از سال 1974 صحبت نکرد تازمانی که توسط تاناگوچی[2]  معرفی شد.(3و4)این بدان معنا نمی باشد که ساختار های نانو قبل از آن وجود نداشته است.برای مثال قدمت فنجان لیکرگس[3] که در آن از نانوذرات طلا و نقره استفاده شده به قرن چهارم قبل ازمیلاد برمیگردد.(5)
شکل1-1: فنجان لیکرگس_نمایانگر مرگ شاه لیکرگس  _موزه بریتانیا
از زمان کشف نانولوله های کربنی این مواد به طور گسترده در فیزیک،شیمی و علم مواد به صورت تئوری  و تجربی مورد استفاده قرار گرفته اند.ساختار وخواص منحصر به فرد نانولوله های کربنی،آنها را برای کاربرد های متفاوت بالقوه ساخته است.
نانولوله های کربنی در سال 1991 توسط یک الکترو میکروسکپیست ژاپنی به نام سایمو ایجیما کشف شدند.
این مواد شامل هر دو ساختار تک دیواره SWCNTs[4] و چند دیواره می باشند.
نانولوله های کربنی تک دیواره ،موادی چند منظوره هستند که به عنوان عناصر موثر در ذخیره گاز،سنسور در باتری ها،به عنوان سیستم های الکترومکانیکی در نانو الکتریک،به عنوان عوامل سازگار زیستی،سنسور در پزشکی و دارو و به عنوان الیاف در کامپوزیت های با عملکرد بالا کاربرد دارد.برهمکنش متقابل SWCNTs با گونه های شیمیایی از موارد اصلی این کاربرد هاست.
با افزایش و تولید انواع مختلف کامپوزیت های با عملکرد بالا، که در آن از نانولوله های کربنی تک دیواره به عنوان الیاف استفاده می شود و با توجه به اینکه برای افزایش ضریب انتقال بار از ماتریس به الیاف و نیز کنترل نحوه پخش باید این نانولوله ها عامل دار شوند باید درک درستی از خواص مکانیکی نانولوله های عامل دار شده داشت.
بر این اساس ما بر آن شدیم تا در این پژوهش مدول یانگ نانولوله های کربنی تک دیواره (10,0) و (6,6)با گروه های عاملی [5]COOH, [6]NH2,  [7]OH  را بر پایه محاسبات کوانتومی بدست آوریم.

 1-2-1- نانولوله های کربنی
تا سال 1980 سه نوع ترکیب مختلف از آلوتروپی های مختلف عنصر کربن به نامهای الماس و گرافیت و کربن بی شکل شناخته شده بودند . ولی امروزه خانواده کاملی از سایر اشکال کربن کشف و شناسایی شده اند . در سال 1985 فولرین (C60) توسط Smally,Sean Obrien,Robert Curl  james Heath ,Harold kroto   کشف شد و Kroto,Curl,Smalley به خاطر این کشف جایزه نوبل شیمی را در سال 1985 دریافت کردند (91).
فولرین نخستین مولکولی کروی شناخته شده با کربن های مرتب شده در قالب کره­ای به شکل توپ فوتبال است . در این ساختار 60 اتم کربن وجود دارد و تعدادی از حلقه های پنج عضوی به وسیله حلقه های شش عضوی از هم جدا شده اند . نمونه دیگر راگبی بال (C70) است که بخاطر شباهت به توپ راگبی این نام برای آن انتخاب شده است . C70))  نسبت به فولرین یک حلقه شش کربنی بیشتر دارد.
 علاوه بر این ساختارهای کروی ، دسته ای دیگر از ترکیبات کربنی با ساختارهای بسته به نام نانولوله وجود دارد که به جای ساختار کروی به شکل رشته ای طویل می باشد . نانولوله های کربنی اولین بار در سال 1991 توسط ایجیما هنگامی که وی در حال مطالعه بر روی رسوب کاتدی در فرآیند سنتز فولرن بود، متوجه هسته مرکزی رسوب کاتدیک شد. این مواد حاوی انواع ساختارهای بسته گرافیتی شامل نانوذرات و نانولوله‌ها بودند، که تا آن زمان هرگز مشاهده نشده بودند،  (73) کشف شدند (72). نانو لوله های کربن به مراتب مهمتر از فولرین ها هستند زیرا از ورقه های گرافیت تهیه می شوند . ساختار مولکولی گرافیت به صورت یک سیم بسیار نازک است که متشکل از شش وجهی های کربن می باشد . در ساختار گرافیت رایج ورقه هایی از کربن را داریم که به راحتی روی همدیگر می لغزند . وقتی که این ورقه های گرافیتی در هم پیچیده می شوند، ساختارهای لوله ای شکل به نام نانولوله کربنی تشکیل می دهند (27).
نانولوله‌های‌کربنی یکی از معمول‌ترین ساختارهای مورد استفاده در فناوری نانو هستند. این مواد با داشتن، رسانایی حرارتی بالا (بهتر از هر ماده‌ای به جز الماس خالص) مقاومت کششی صد برابر فولاد و هدایت الکتریکی شبیه به مس (اما با توانایی انتقال جریان‌های بالا) آن‌ها را به مواد بسیار پرکاربردی تبدیل کرده است (106) و همچنین سطح بزرگ آن‌ها کارای بسیارمفید برای جذب هیدروژن و یا سایر گازها دارد(31، 99) و به علت دارا بودن نسبت ابعاد بالا (طول به قطر یا سطح کل به سطح مقطع)، نوک‌های با اندازه نانومتر، مقاومت مکانیکی بالا و ثبات شیمیایی، توانایی خارج کردن الکترون‌های سخت (سرد) در ولتاژهای نسبتاً پایین را دارند (10) این سازه منحصر به فرد در خلأ در دمای Cͦ14700 پایداری حرارتی از خود نشان می‌دهد (74).
از آن زمان به بعد نانولوله­های کربنی  برای کاربردهای متفاوت بر پایه انتشار، ، قدرت مکانیکی بالا (13) خصوصیات الکترونیکی انتقال (73) و خواص شیمیایی آن‌ها، به طور خیلی خاص و ویژه تولید شده‌اند. همچنین از خصوصیت افزایش پتانسیل آن‌ها برای استفاده به عنوان ترانزیستورهای مقیاس نانو (16،104)، نوک قلم برای اسکن در میکروسکوپ‌ها (28) دستگاه‌های نشر میدان (39)، و یا جزئی برای تولید کامپوزیت‌ها (20) استفاده می‌شود.
نانوله­های کربنی علاقه زیادی را بنابر خواص جدید و کاربردهای بالقوهای که در سنسورهای شیمیای (117) دارند دریافت می کنند که برونداد این زمینه (25) کاتالیست (85،100،105،34،32) و گیرنده نانوالکتریک (84،35) را نشان می دهد و اثبات می کند که انتقال نانو نانوذرات  های فلز بر روی نانوله­های کربنی نشان دهنده خواص کاتالیست ممتاز بر روی واکنش های شیمیای گوناگوناست (26،40). بنابر خواص شیمیای اندک نانوله­های کربنی، قبل از اینکه نانوذرات ­ها بتواند به طور یکنواخت پخش شوند سطح نانوله­های کربنی را با یک عامل خارجی عامل دار می کنند (46،78). هرچند که این روش عامل دارکردن بعضی مواقع  نیاز به یک عمل خشن (مثل استفاده از اسید قوی یا طولانی تر کردن زمان واکنش ) برای فعالسازی مکانی بر روی نانوله­های کربنی که کاتالیست بر روی آن قرار بگیرد دارد.این طرز کار ممکن است باعث از بین رفتن خواص الکترونی شود (17،42). متناوباً نانوله­های کربنی می تواند به طور داخلی با عناصر دیگر دوپله شوند تا اینکه خواص الکترونیک و واکنش پذیری را تغییر دهند (117،45).
نانولوله‌هامی‌توانند بسته به خاصیت مارپیچی و قطرشان به صورت فلزی و یا نیمه‌فلزی   (نیمه‌هادی) باشند (88،65).
 
1-2-2- گرافیت
گرافیت عمومی ترین شکل و فرم تعادلی طبیعی کربن در حالت جامد است . در دماها و فشارهای معمولی پایدار است و معمولاً در نوک مداد و روغن های نرم کننده دیده می شود .
گرافیت آنیزوتروپ بوده و دارای هدایت در دمای بالا است . شکل کریستال گرافیت در شکل1-11-الف نمایش داده شده است . گرافیت از لایه هایی از اتم های کربن در یک صفحه تشکیل شده است که در یک شبکه شش گوش قرار گرفته است . هر یک از این صفحات یک گرافن نامیده می شود . و هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند یافته است . در صفحات افقی تشکیل شده از یک لایه گرافن ، ساختار به شدت قوی است و یک شبه فلز به نظر می رسد و به خوبی جریان الکتریسیته را هدایت می کند . به صورت عمودی بین صفحات نیرو ضعیف است و بین لایه های شبکه گرافیت یک هادی ضعیف است . بین این لایه ها نیروهای ضعیف و اندرولس وجود دارد و همین موضوع باعث می شود که گرافیت برای استفاده در نوک مداد و روغن های نرم کننده مناسب باشد . این نیروهای ضعیف بین صفحات باعث می شود الیاف گرافیت برای استفاده در مواد هم گدازه مناسب بوده و از آن ها بتوان به عنوان اپوکسی استفاده کرد(37) در گرافیت اتم های کربن هیبرید اسیون sp2 دارند و آرایش اتم های کربن به صورت مسطح مثلثی است . در گرافیت فاصله انرژی لایه والانس و هدایت 0/004eV بوده ، بنابراین با کمترین احتمال پراکندگی ، الکترونها آزادانه حرکت می کنند و هدایت الکتریکی خوبی در صفحات دیده می شود ، اما هدایت بین صفحات گرافن مانند نیمه هادیهاست . هر چه در صفحات گرافن نقص های بیشتری مشاهده شود، بتدریج هدایت از نوع فلزی به نوع نیمه هادی افزایش می یابد (96). نیروهای بین صفحه ای ضعیف بوده و به مقدار 5kj/mol می باشد . بنابراین تغییرات کوچک در ساختار الکترونی در صفحات مجاور باعث می شود مقدار زیادی هترواتم و ترکیبات مولکولی وارد شده و باعث یکی از دو تغییر زیر شود : 1) یک کاهش شیمیایی ضعیف در صفحات گرافن توسط ترکیبات الکترون دهنده مانند اتمهای قلیایی 2) یک اکسایش شیمیایی ضعیف توسط برم، نمکهای هالید یا اسیدهای معدنی ضعیف. تمام این ترکیبات ساختارهای پیچیده با خواص فیزیکی متفاوت تشکیل می دهند (101). جدول 1-1 خواص گرافیت را نشان می دهد :

    در این فصل در مورد اهداف این پ‍ژوهش، پیشینه تحقیق و روش كار توضیحاتی ارائه می‌شود تا روند مورد نظر جهت انجام پروژه مشخص شود و با توجه به اهداف و نتایج مورد نظر با استفاده از روش مناسب جهت رسیدن به آن‌ها گام برداشته شود.
1-2- هدف از انجام این پژوهش
            در این تحقیق سعی برآن است که با مطالعه و بررسی ماهیت فرآیند فلوفرم[1]، شناسایی پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیش روی، شعاع سر غلطک، كاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آنها، به درک مناسبی از نیرو های وارد بر غلطك ها رسید. از اهداف کاربردی این پژوهش، دستیابی به یک مدل دقیق و منطقی است، تا بتوان با توجه به تغییر ابعاد و تلرانس های از پیش تعیین شده برای غلطك ها، قابلیت کنترل و تأمین نیروهای لازم در فرآیند فلوفرم را فراهم نمود. به طور کلی فرآیند فلوفرم بیشتر در صنایع استراتژیک و خاص برای تغییر شکل مواد گران قیمت مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آنجا که ساخت چنین تجهیزاتی بسیار پر هزینه و زمانبر بوده و همچنین پیچیدگی های طراحی آن مانع از فراگیر شدن ساخت بومی آن شده است، لذا مدل سازی فرآیند، تخمین نیرو های مورد نیاز و طراحی بهینه می تواند در جهت کاهش هزینه و زمان سهم بسزایی داشته باشد که این امر ضرورت انجام این پژوهش را توجیه می نماید.

1-3-‌‌ مرور بر مطالعات پیشین (پیشینه تحقیق)
    بنا بر اسناد و مدارك تاریخی، بسیاری از تاریخدانان منشاء فلوفرم را از كوزه‌گری زمان مصر باستان می‌دانند. اما صنعت فلوفرم فلزات در ابتدای قرن دهم میلادی توسط چینی‌ها پایه‌گذاری شد و بعد از گذشت سالیان طولانی، در زمان ادوارد[2] سوم وارد انگلستان شد و با دو روش مستقیم[3] و معكوس[4] به جهان غرب معرفی گردید و بعد از حدود پانصد سال توسط فردی به نام جردن[5] وارد آمریكا شد][i]و[ii] .[
اولین تحقیقات فلوفرم توسط تاماست(1940) و درج(1954) صورت پذیرفت. تحقیقات دیگری در زمینه نیرو‌های اعمالی در فرآیند فلوفرم توسط كوبایاشی و تامسون (1961)در دانشگاه كالیفرنیا صورت پذیرفت. آن‌ها با اعمال فرضیات ساده كننده سعی بر محاسبه نیرو‌های عملكردی این فرآیند داشتند]2[.
موهان و میسرا (1972) روابط تحلیلی حاکم بر تئوری جریان پلاستیك در حین فرآیند فلوفرم  لوله‌ها را توسعه دادند و توانستند نیروهای وارد به غلطك‌ها، در حین فرآیند فلوفرم و نیز مقدار كرنش معادل را با استفاده از كار پلاستیك محاسبه كنند]‌ [[iii].
هایاما و كادو (1979) تخمین نیروی كار و اندازه دقیق‌تر قطری را توسط روش انرژی تعمیم دادند.[[iv]]
ناگاراجا (1981) به توصیف كلی روش اسپینینگ[6] و انوا ع آن از قبیل اسپینیگ با مندرل مخروطی، لوله‌ای، فلوفرم مستقیم و معكوس، معرفی مراحل و فاز‌های فرآیند و پارامتر‌های اصلی و مؤثر در فلوفرم پرداخت]1[.
گور و تیروش (1982) فلوفرم را تركیبی همزمان از از اكسترود و نورد قطعه كار بیان نمودند. با این وجود، توصیف این دو نفر در چگونگی و میزان تغییر فرم پلاستیك بر روی ماده در حین فرآیند فلوفرم هنوز به طور كامل مورد مطالعه قرار نگرفته است][v][.
ونگ (1989) روش كرنش صفحه‌ای و روش خط لغزشی[7] را برای محاسبه نیروی وارده  در فلوفرم سه بعدی تعمیم داد[[vi]].
كمین (1997) و زو (2001) به تحلیل المان محدود[8]مكانیزم تغییر شكل رایج در حین انجام فلوفرم اقدام كردند و با انجام آزمایشات عملی پی به نزدیكی و صحت نتایج بردند][vii][.
هانگ و همکارانش (1998) مطالعات خود را بر روی فرآیند گلویی شدن در المان‌های استوانه ای جدار نازك و كوچك فلوفرم شده، مورد بررسی قرار دادند. هدف آ ن‌ها جستجوی ارتباطی میان پارامترهای فرآیند و پیدا كردن یك حالت بهینه برای تولید محصول دقیق  بود كه برای این منظور تعدادی از عوامل بحرانی فرآیند گلویی شدن را توسط روش‌های عملی و با استفاده از كد‌های تجاری نرم افزار Abaqus حل عددی را انجام دادند ودر نهایت برای بهینه سازی فرآیند به كار بردند][viii][.
لی و لو (2001) فلوفرم قطعات استوانه‌ای شكل را با استفاده از مكانیزم نورد مورد مطالعه قرار دادند.آنها دستگاهی را با شش غلطك در نظر گرفتند و نیرو های غلطك و نیروی كششی را مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها نسبت جریان تغییر شکل و میزان نیروی لازمه را قویاً به انداره غلطك ها نسبت دادند.
تابراگ (1962) فشار مؤثر غلطك‌ها و نیروی كلی لازم برای كشیدن را بررسی كرد و متوجه شد كه فشار بر روی غلطك‌ها یكسان نیست][ix][.
وانگ (2004) با مطالعه بر روی فلوفرم مواد، نیروهای محوری، شعاعی و سایر پارامترهای مؤثر در فلوفرم را مدل سازی و مقایسه نمود. وی مقایسه حل دقیق و حل ضمنی را با استفاده از فلوفرم سرب مورد بررسی قرار داد][x][.
زیا و همكارانش(2006) اسپینینگ سه بعدی نا متقارن را مورد بررسی قرار دادند. این روش را از روش های جدید تكنولوژی اسینینگ می‌دانند كه محدودیت‌های اسپینینگ های تجاری را برای تولید لوله های تو خالی نا‌متقارن كنار می‌گذارد. آن‌ها بر روی نیرو‌های اسپینینگ در راستای طراحی دستگاه و پروسه انتخاب پارامتر‌ها مطالعه كرده‌اند][xi] [.
روی (2009) بر روی توزیع یكسان كرنش پلاستیك در جهت ضخامت در فرآیند فلوفرم مستقیم لوله، برای تعدادی قطعات از جنس AISI1020 ‌كه تحت شرایط متفاوت با استفاده از یك دستگاه فلوفرم تك غلطكه تغییر شکل یافته بود،  بررسی انجام داد. او میزان تغییر شكل ماده را با استفاده از موضع اثر سختی سنج میكرونی[10] مورد مطالعه قرار داد. به بیان تجربی میزان سهم غلطك و مندرل را برای كرنش پلاستیك معادل در قطعات فلوفرم شده بررسی كرد و همچنین عوامل موثر بر روند كاهش ضخامت را مورد بحث قرار داد]7[.

.. 82
… 82
… 84
. 84
. 85
…. 92
… 94
…. 94
…. 97
… 100
… 102
…. 106
… 106
….. 108
… 109
پیوست    113
. 114

…. 124
…. 127
… 130

• اهداف و انگیزه ها ی پژوهشی

عملکرد بالای اجسام پرنده نیازمند پیشرفت های تخصصی نوآورانه در طراحی واحد های قدرت آنها می باشد. جهت دهی بردار نیروی پیشران[1] به عنوان یک تکنولوژی کلیدی و امید بخش برای اجسام پرنده موجود در حال حاضر و در آینده در حال ظهور است. این تکنولوژی با هدف و گسترش دانش و اطلاعات از چگونگی پاسخ گاز های خروجی از اگزوز موتورهای توربینی می باشد. نازل های جهت دهی بردار نیروی پیشران تحت کلیه شرایط پرواز موثر هستند و آنها می توانند محدودیت های طراحی از قبیل هزینه های پایین ، سر و صدای کم ، وزن سبک ، فاصله کوتاه برای بلند شدن و بهبود بخشیدن مشخصه های رادار گریزی را برآورده کنند.
جهت دهی بردار نیروی پیشران  به صورت دو روش شناخته شده که عبارتند از روش جهت دهی به صورت مکانیکی[2]  و روش جهت دهی به صورت سیالی[3]  انجام می پذیرد. در روش جهت دهی به صورت مکانیکی برای انحراف مسیرگازهای خروجی از قطعات مکانیکی استفاده می شود. این کار نه تنها سبب افزایش وزن و پیچیدگی سیستم می شود بلکه هزینه ها، تعمیرات و نگهداری مورد نیاز را نیز افزایش می دهد. این عوامل محققان را به تحقیق در روش های جدیدی برای رسیدن به همان قابلیت های جهت دهی بردار نیروی پیشران اما بدون استفاده از قطعات متحرک برانگیخت. جهت دهی بردار پیشران به طریق سیالی به عنوان یک روش جایگزین شیوه های مکانیکی مطرح شد. این روش با استفاده از یک جریان جت ثانویه برای انحراف مسیر جریان گازهای خروجی اصلی استفاده می کند. به طور بالقوه، نازل کنترل بردار پیشران به روش سیالی علاوه بر اینکه انحراف موثر جریان را فراهم می کند همچنین مشکلات مرتبط با قطعات مکانیکی اضافی را نیز حذف می کند. تکنولوژی جهت دهی بردار پیشران به طریق سیالی هنوز به صورت کاربردی عملی نشده است. این نکته دلالت بر این دارد که هنوز لازم است تحقیقات و پیشرفت های بیشتر در مورد اثرات آن و تنوع کاربردهای آن انجام گیرد.
در مطالعه حاضر بدست آوردن بیشترین کارایی و بیشترین جهت دهی بردار نیروی پیشران با صرف کمترین انرژی هدف اول این تحقیق می باشد. بررسی پارامتر های موثر و کارآمد هندسی و پارامتر های جریان اولیه و ثانویه بر روی عملکرد نازل می تواند به شناخت هرچه دقیق تر این روش کمک کند. همچنین از اهداف دیگر این تحقیق انجام حل تحلیلی و اعتبار بخشیدن به نتایج شبیه سازی های عددی می باشد.

• معرفی کنترل بردار نیروی پیشران و پیشرفت های این تکنولوژی

تکنولوژی جهت دهی بردار نیروی پیشران می تواند قابلیت مانور اجسام پرنده را از طریق کنترل کردن جریان خروجی از نازل و منحرف کردن آن از محور طولیش بهبود بخشد. علاوه بر این، این تکنولوژی مزایای زیادی را برای اجسام پرنده مدرن ارائه می دهد. نازل های جهت دهی بردار نیروی پیشران می توانند اجسام پرنده را در زوایای حمله بالا از ناحیه واماندگی کنترل کنند، در حالیکه در پروازهای آیرودینامیکی مرسوم این کارایی و توانایی از دست می رود [1]. از آنجایی که نازل های کنترل بردار پیشران ممکن است به طور موثر نیروها و یا گشتاورهای پیچ[4] و یاو[5] با پسای نسبتاً کم ایجاد کنند، ازاینرو این نازل ها می توانند تقویت شده و حتی احتمالاً جایگزین مناسبی برای کنترلر های آیرودینامیکی باشند [2]. در پروازهایی که به جای استفاده از نازل های سنتی از نازل های کنترل بردار پیشران استفاده شده است، می توان نیاز به استفاده از دم های عمودی و افقی را کاهش داد و یا حتی حذف کرد [1]. از مزایای جداسازی دم عقب جسم پرنده می توان به کم شدن وزن و حتی رادارگریزی آنها در مقایسه با مدل های مرسوم آنها اشاره کرد. علاوه بر این، هزینه های تعمیر و نگهداری مربوط به  دم جسم پرنده نیز کاهش می یابد. اجسام پرنده ایی که با اینگونه از نازل ها یکپارچه شده باشند می توانند در بدست آوردن نتایج مورد نظر از قبیل مانور، گشت زنی، صعود و نزول از نیروی پیشران کمتری استفاده کنند و از آنجا که نیاز به نیروی پیشران کمتر نتیجه شده است، این اجسام پرنده می توانند با دستیابی به گستره بیشتر پرواز سوخت کمتری مصرف کنند.
تکنولوژی جهت دهی بردار نیروی پیشران می تواند قابلیت ها و کارایی های عملگرها های مرسوم جسم پرنده را برای نشست و برخاست کوتاه تقویت کند [3]. اجسام پرنده با به کارگیری این نازل ها و موتورهای توربوفن می توانند بردار نیروی پیشران را حتی تا 90 درجه منحرف کرده و امکان نشست و برخاست عمودی را نیز فراهم آورد. با امکان نشست و برخاست در نواحی کوچک، اجسام پرنده می توانند در محیط های کوچکتر مانند ناوهای هواپیمابر و حتی فرودگاه های آسیب دیده عملکرد خوبی از خود نشان دهند [4]. تکنولوژی جهت دهی بردار نیروی پیشران به دلیل کارایی و عملکرد مفیدتر و موثر تر در اجسام پرنده جدید، تبدیل به یک تکنولوژی محبوب و امیدبخش شده است.

• محدودیت هایی از سیستم های کنترل سنتی

یک مسئله اساسی در مورد عملکرد هر جسم پرنده قابلیت مانور، توانایی برای ایجاد و تولید یک تغییر در خط سیر خود، وضعیت قرارگیری، سرعت و شتاب است. یک مانور واکنش هواپیما به یک کنترل ورودی توسط خلبان است و به صورت معمول با استفاده از سطوح کنترل آیرودینامیکی انجام می شود. این سطوح شامل قسمت های متحرک بال هواپیما  مانند ایلرن[6]، رادر[7] ، الویتور[8] و كانارد  [9]می باشند [5]. سطوح کنترل در قسمت های خاصی از جسم پرنده از جمله بال ها و دم واقع شده اند. انحراف این سطوح، شكل خارجی وسیله را در نقاط بحرانی سازه تغییر می دهند، و منجر به وجود آمدن یك تغییر  و عدم تعادل در نیروهای آیرودینامیكی اثركننده روی وسیله می شود و این عمل  منجر به یك چرخش حول مرگز گرانش می شود که به آن مانورمی گویند. اما این سیستم های کنترل آیرودینامیکی معمول توسط قیودی محدود شده اند، چراکه در شرایطی که نیروهای آیرودینامیکی کوچک هستند مانند ماند حرکت با سرعت پایین و یا در زوایای حمله بالا کنترل از دست می رود. به طور معمول یک هواپیما در هنگام مانور از انحراف سطوح کنترلی در جهت تصحیح شکل خارجی خود بهره میگیرد که به علت محدودیتهای آیرودینامیکی این انحراف برای یک هواپیمای مسافربری بسیار ناچیز و برای یک هواپیمای جنگنده تا ۸۰ % محدوده واماندگی آن است.
یک نیروی آیرودینامیکی برای یک سطح معین با مربع سرعت متناسب است. بنابراین، فقط بالاتر از یک آستانه مشخصی از سرعت، انحراف از یک سطح کنترل موثر خواهدشد. با توجه به زاویه حمله، نیروهای آیرودینامیکی با زیاد شدن این زاویه فقط تا یک مقدار ماکزیمم افزایش پیدا می کنند، و سپس با فراتر رفتن زاویه حمله از مقدار ماکزیمم باعث جدایش جریان و ظاهر شدن واماندگی آیرودینامیکی می شود. در این نقطه، نیروی آیرودینامیکی در نتیجه از دست رفتن راندمان سطوح کنترل به سرعت افت می کند و پایین می آید.

• مزایای کنترل بردار پیشران

توسعه و گسترش منبع دیگری از کنترل به خصوص، برای عملکرد بالای جسم پرنده به منظور بالا بردن قابلیت توانایی در مانور ، لازم شد. از اینرو توجه محققان به سمت نیروهای عمل کننده دیگری بر روی جسم پرنده در کنار نیروهای آیرودینامیکی کشیده شد و از جمله این نیروها وزن و پیشران می باشند. هر چند که اهداف مانور تقریبا در اکثر اجسام پرنده نادیده گرفته شده اند، اما نیروی پیشران همچنین می تواند برای رسیدن به قابلیت مانور مورد استفاده قرار گیرد. معمولاً جهت و مسیر پیشران ثابت است و فقط مقدار آن با توجه به رژیمی که در آن موتور قرار دارد تغییر می کند.
یک موتور توربین گاز وسیله ای است که فرصت های زیادی را برای کنترل جریان آماده می کند [6]. نازل خروجی تنها یکی از اجزای موتور است که عملکرد آن می تواند به وسیله تکنیک فوق تغییر کند. به منظور اینکه مسیر و جهت نیروی پیشران تغییر پیدا می کرد، تراست وکتورینگ[10]  نامی بود که به این تکنیک داده شد و در حدود دهه 1970 بود که علاقه این صنعت به سمت این تکنیک کشیده شد. برای کارایی و عملکرد بالای هواپیما، کنترل بردار نیروی پیشران[11] کمک می کند تا کیفیت های پرواز بهبود بخشیده شود، ازاینرو پرواز در نواحی از  سرعت و زاویه حمله که تنها به وسیله استفاده از کنترل آیرودینامیکی نمی تواند پوشش داده شود گسترش پیدا می کند. کنترل بردار نیروی پیشران همچنین در هواپیماهای غیر نظامی مسافت لازم برای بلند شدن و فرود آمدن را کاهش میدهد و حتی می تواند امکان بلند شدن و فرود آمدن عمودی را به وجود آورد که یک مزیت بزرگ از نقطه نظر عملیاتی است[7]. از آنجایی که یک نیروی کنترل اضافی ارائه شده است، کنترل بردار نیروی پیشران حتی می تواند اجازه دهد که سطوح کنترل آیرودینامیکی معین کاهش پیدا کنند یا به صورت کلی حذف شوند.
برای مثال، کاهش یا حذف دم افقی یا عمودی به صورت چشمگیری اثرات رادار صلیبی شکل و رادار گریزی را کاهش خواهد داد [8].
در حالت کلی روش های کنترل بردار پیشران براساس عامل کنترل کننده به دو دسته روش های مکانیکی و سیالی  تقسیم می شوند. این دسته بندی در ‏شکل (1-1) زیر نشان داده شده است [9]. در ادامه نمونه هایی از هریک از این روش ها معرفی و موارد کاربرد آنها و مزایا و معایب هر یک بررسی می شود.

­ای بر پایداری اجسام پرنده
یک فضاپیما در مسیر برگشت به زمین، برای موفقیت در ماموریت و سالم رسیدن به زمین، علاوه بر پایداری استاتیکی، جهت حفظ مسیر خود نیازمند پایداری دینامیکی و کنترل دامنه زاویه نوسانات حرکتی خود می‌باشد.
به طور کلی اجسام بازگشتی به دو دسته تقسیم می­شوند. دسته اول پرتابه­های بالستیکی هستند که برای محدوده برد زیاد استفاده می­شوند. دسته دوم کپسول­های تحقیقاتی برگشت­پذیری هستند که یا در مدار زمین چرخیده و سپس به زمین بازگشته و یا به سمت سیارات دیگر برای تحقیق فرستاده شده و نمونه­ها را برمی­گردانند. کپسول­های بازگشتی به دلیل مسافت زیاد تا سطح زمین دارای سرعت بسیار بالایی هستند و بنابراین دارای مشکلات حرارتی و کنترلی می­باشند. برای رفع مشکل حرارت معمولاً از شکل­های بلانت استفاده می­شود. این اشکال با ایجاد یک موج ضربه­ای جدا شده از بدنه علاوه بر ایجاد نیروی پسای زیاد، حرارت کمتری به بدنه منتقل می­کنند. از طرفی برای کپسول­های برگشتی که از چتر نجات به عنوان وسیله بازیابی آیرودینامیکی استفاده می­کنند، نوسانات حرکتی موضوع

 بسیار مهمی است؛ چون باید قبل از باز شدن چترنجات زاویه حمله کپسول کمتر از ده درجه باشد تا چتر به درستی باز شده و عمل نماید. در غیر اینصورت چتر عمل نکرده و کپسول سقوط آزاد نموده و با سرعت خیلی زیاد به سطح زمین اصابت می­کند. با دلایل ذکر شده می­توان نتیجه گرفت کنترل پایداری دینامیکی اجسام بازگشتی مسئله حائز اهمیتی است. جهت کنترل این اجسام، نیاز به محاسبه نیروهای آیرودینامیکی در حالت ناپایا می‌باشد. در نتیجه، بررسی پایداری دینامیکی این اجسام در حالت غیردائم و به دست آوردن ضرایب آیرودینامیکی تاثیرگذار در پایداری دینامیکی، از الزامات طراحی اجسام بازگشتی می­باشد.

از آنجا که هدف این پروژه بررسی پایداری دینامیکی یک کپسول بازگشتی در نوسانات پیچشی اجباری و آزاد است در ادامه به مطالعه آیرودینامیک جریان غیردائم، انواع پایداری، پایداری دینامیکی، عوامل موثر در ایجاد ناپایداری دینامیکی، مدل­های آشفتگی و نوسانات اجباری و آزاد پرداخته خواهد شد.
1-1- آیرودینامیک غیردائم
هنگامی كه یك جسم پرنده تحت شرایط پروازی ثابتی) شامل سرعت، زاویه حمله، ارتفاع و(…  در هوا حركت می­كند، پس از گذشت مدت زمان كوتاهی جریان حول آن به شرایط دائم و پایدار رسیده و خواص جریان حول آن از جمله توزیع فشار به مقدار ثابتی خواهد رسید. در این حالت نیروهای وارد بر جسم تابعی از عدد ماخ، عدد رینولدز و زاویه حمله جریان بوده و مستقل از زمان می­باشند. برای حل چنین جریان­هایی و بدست آوردن نیروهای آیرودینامیكی دراین حالت روش­های تئوری و تحلیلی فراوانی در رژیم­های مختلف سرعت از جریان تراكم­ناپذیر گرفته تا جریان­های ماوراءصوت وجود دارد[1].
اما موارد زیادی وجود دارد كه در آن خواص جریان حول جسم و در نتیجه نیروهای آیرودینامیكی مربوطه وابسته به زمان بوده و با گذشت زمان مقادیر آن­ها تغییر می­كند. در حقیقت تغییراتی كه در هندسه جسم و یا شرایط جریان نسبت به زمان پیش می­آید باعث می­شود خواص جریان حول جسم به یك حالت دائم نرسیده و نسبت به زمان تغییر نماید. غیردائم بودن جریان و نیروهای آیرودینامیكی می­تواند ناشی از عوامل مختلفی باشد. گاهی اوقات حركات نوسانی جسم در طول مسیر پروازی خود باعث غیردائم شدن جریان می­شود كه به عنوان مثال می­توان به نوسانات زاویه­ای ایرفویل حول یك محورخاص (Pitch) و یا نوسانات جابجایی آن در راستای عمود بر جریان (حركتPlunge) و یا تغییر شكل­هایی كه در موشك­های با نسبت طول به قطر بالا حركت ایجاد می­شود اشاره نمود. دربعضی از مواقع نیز تغییر در شرایط پروازی باعث غیردائم شدن جریان می­شود. به عنوان مثال هنگام شتاب گرفتن جسم، سرعت برخورد جریان به آن نسبت به زمان تغییر كرده و باعث تغییر نیروهای آیرودینامیكی می­شود و یا تندبادهای ناگهانی(Gust)  که در طول مسیر پرواز یك جسم به آن برخورد می­كند باعث ایجاد تغییرات لحظه­ای درخواص جریان خواهد شد. گاهی اوقات نیز ناپایداری­هایی كه در خود جریان به­وجود می­آید باعث غیردائم شدن آن می­شود كه می­توان به پدیده جدایش گردابه­ها از روی اجسام در زوایای حمله بالا اشاره كرد.
غیردائم بودن جریان حول جسم ناشی از هر عاملی كه باشد باعث پیچیدگی جریان حول آن شده و محاسبه نیروهای وارد بر جسم دیگر به سادگی آنچه درحالت دائم انجام می­شود، نخواهد بود. دراین حالت برخلاف حالت دائم، پارامتر زمان نقش تعیین كننده­ای در تعیین مقدار نیروهای آیرودینامیكی وارد بر جسم خواهد داشت و در بسیاری از مواقع نیروهای آیرودینامیكی دیگر تنها تابعی از عدد ماخ و عدد رینولدز نبوده و به پارامترهای دیگری نیز وابسته می­شوند. به عنوان مثال برای یك جسم نوسانی (چه نوسانات زاویه­ای وچه نوسانات طولی) نیروهای آیرودینامیكی كه بافركانس زاویه­ای  در حالت نوسان است، و در جریانی با سرعت V قرار دارد براساس آنالیز ابعادی بصورت تابعی از عدد رینولدز، عدد ماخ و فرکانس کاهش یافته خواهد بود[1].
1-2- پایداری
پایداری به معنای عکس العمل جسم پرنده در راستای دمپ و یا تصحیح اختلالات درونی و بیرونی اعمال شده به آن، در طول مسیر حرکت می‌باشد[2]. در علم آیرودینامیک ناپایا پایداری یک جسم بر دو نوع است:

1. پایداری استاتیکی (Static stability)
2. پایداری دینامیکی (Dynamic stability)

1-2-1- پایداری استاتیکی
پایداری استاتیکی به معنای تمایل جسم پرنده به ایجاد نیرو و گشتاورهایی است که مستقیما با اغتشاشات لحظه‌ای به وجود آمده در متغیرهای حرکت هواپیما، از شرایط پرواز حالت دائم، مخالفت می‌کنند[2].
به عنوان مثال در وسیله پرنده اگر دماغه به هر دلیلی، نسبت به مسیر پرواز بالا رود و به دنبال آن روی وسیله پرنده گشتاوری ایجاد شود که با بالا رفتن دماغه مخالفت نماید آنگاه گفته می‌شود که وسیله پرنده برای چنین اغتشاشی از نظر استاتیکی پایدار است[2]. (شکل ‏1‑1)
شکل ‏1‑1-پایداریاستاتیکی[2]
1-2-2- پایداری دینامیکی                                                                         
همانگونه که در شکل1-2 نشان داده شده است پایداری دینامیکی عبارت است از تمایل هواپیما به کاهش دامنه حرکت اغتشاش یافته و رساندن آن به صفر و یا مقداری متناظر با یک حالت یکنواخت جدید پس از آن که اغتشاش پایان یافته است[2].

کوتاه پژوهش حاضر به‌منظور بررسی کامل موارد مطرح شده و رسیدن به هدف مورد نظر، در روشی توصیفی و تحلیلی با مدد از منابع کتابخانه ایی و تحقیقات میدانی،  برای یافتن پاسخ سوالات مطرح‌شده، روند پژوهش در شش فصل تنظیم گردیده‌است. فصل نخست به کلیات پژوهش و فصل دوم به تاریخچۀ جریان سقاخانه، علل شکل‌گیری آن، هنرمندان موثردر جریان سقاخانه و نیز ویژگی‌های زیباشناسانه این جریان پرداخته شده است. در فصل سوم تعریف نشانه، ارتباط نشانه‌گرائی با جریان سقاخانه و رویکردهای آن در این جریان، علل گرایش به نشانه‌گرائی، طبقه‌بندی نشانه‌ها و بررسی آن‌ها در مقیاس‌های ملی و جهانی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. فصل چهارم نیز با جزئیات بیشتری به نشانه‌های بومی در آثار سه هنرمند یاد شده پرداخته و ویژگی‌های کمی و کیفی این نشانه‌ها و بیان و کارکرد آن‌ها را در آثار با استفاده از روش تحلیلی مطالعه نموده است. اما در فصل پنجم به ارزیابی تمایزات و تشابهات این نشانه‌ها  از لحاظ

 ساختار و کیفیات بصری اختصاص یافته و در نهایت، فصل ششم دربرگیرندة نتایجی است که از مطالعات و بررسی‌های تحلیلی، به دست آمده است. لازم به‌ ذکر است که در هر فصل، برای درک بیشتر مطالب، کروکی‌هایی خطی جهت تحلیل های زیباشناسانه  و مقایسه کارکرد نشانه ها در آثار هنرمند و همچنین روند تطبیقی آنها میان آثار سه هنرمند، طراحی شده است. امید است با مطالعة این پژوهش، هدف اصلی نویسنده که بررسی و تحلیل نشانه های بومی در جریان سقاخانه بالاخص هنرمندان شاخص این جریان، زنده رودی، تناولی و تبریزی  بوده است محقق شود.

در پایان ذکر این نکته ضروری است که نگارنده به منظور گردآوری منابع با مشکلات فراوانی روبرو بوده و برای ارتقاء زمینه‌های علمی و پژوهشی این رساله تلاشی وافر نموده است. اما  به کاستی‌های پژوهش نیز که ناشی از کمبود منابع است اقرار دارد.

فصل اول: کلیات پژوهش

• بیان مسئله

هنر نقاشی به‌عنوان زبان تصویری یک ملت و یا یک تمدن قادر است پیام و پیغام خود را با بیانی شیوا به جامعۀ مخاطب منتقل کند. در این بین مؤلفه‌های بسیاری وجود دارند که به انتقال بهتر این مفاهیم کمک می‌کنند. در‌واقع آثاری که در لوای هنر نقاشی خلق می‌شوند با استفاده از مولفه‌های گوناگون علاوه‌بر آن‌که در سطح بالاتری از جنبه‌های زیباشناسانه ارائه می‌گردند می‌توانند در راستای انتقال پیام به جامعۀ مخاطب گام‌های بلندتری بردارند. جریان سقاخانه و به بیان بهتر هنر نقاشی سقاخانه نیز این مولفه‌ها را در دل خود جای داده است. در این بین نشانه‌های مختلف که بسیاری از آن‌ها از سنت گرفته شده و ریشه در فرهنگ مردم دارد نقش این مولفه‌ها را در آثار نقاشی بازی می‌کند. نشانه‌های بومی به‌عنوان جزئی از این نشانه‌ها در این نوع نقاشی‌ جایگاه برجسته‌ای داشته است. بنابراین تاثیر این نشانه‌ها در نقاشی سقاخانه‌ای و توجه به مفاهیم آن‌ها و نیز نگاه ویژه به هنر ایرانی در سال‌های اخیر، نیاز به مطالعات بیشتر را در این زمینه می‌طلبد. به این دلیل و نیز به دلایل دیگر بررسی و کاوش بیشتر در این زمینه ضروری می‌نماید از جمله: نگارنده همواره توجهی ویژه‌ به هنر مدرن ایرانی، ورود نشانه‌های بومی، ملی، مذهبی و قومی در این هنر و نیز چگونگی تلفیق این نشانه‌ها در هنر ایران داشته است. از سویی دیگر کم‌تر پژوهنده‌ای به بررسی این مسئله پرداخته است و کمبود منابع و مطالب نیز در این زمینه مشهود است.

در این راستا سعی شده است با مطرح‌کردن چند پرسش و فرضیه، امکان روشن‌شدن بخش‌های مبهم این مسئله فراهم آید.