SDR Helix Antenna Deployment Experiment (SHADE) on board BEXUS

In the field of space travel, space communications has always presented a slew of obstacles and hurdles that must be overcome in order to complete a successful mission. Space limits inside a satellite or spaceship, vast distances between satellites and ground stations, and a phenomenon known as "Faraday Rotation" in the ionosphere are only a few of the most typical issues. Satellite antennas must be small, compact, efficient, and circularly polarized as a result of the aforementioned issues. The helix antenna is an excellent answer for all of the requirements. In this work we develop a deployment and pointing mechanism of a helix antenna operated with software defined radio algorithms. The features of helix antennas are exceptional, and they are especially suitable for satellite communication. Three coaxial cylinders, two stepper motors, one pulley, and one thread make up a deployment-pointing mechanism. The mechanism deploys the antenna along its longitudinal axis and turns it horizontally towards the ground station. During the flight, the antenna is deployed and retracted. Under different positioning situations, the GPS, an altimeter, and a compass calculate the gondola's position in order to rotate the antenna towards the Ground Station and close the communication link. The antenna's rotation mechanism is triggered by the integrated attitude determination and control system algorithms in order to correct the pointing and orientation towards the Ground Station. The antenna uses software defined radio algorithms to achieve weight and volume reductions while maintaining high efficiency and reconfigurability. The experiment includes a high-definition camera that provides real-time information on the antenna's orientation and condition. SHADE's flight on the BEXUS 28/29 balloon resulted in effective deployment and transmission, as well as the ability to receive and decode transmitted packets. The rotating mechanism met the pointing requirements, and all of the sensor's data was correctly saved to our system. Throughout the trip, there were no signs of thermal ris

Membrane Action of Cladding Subjected to Blast Loading and Effects on the Supporting Structure

A recent blast design trend is to properly select cladding characteristics in order to limit blast consequences on its supporting structure. In this context, it is worth noting that cladding components may exhibit significant membrane action, and its effects may be decisive for the supporting structure. The main focus of the present study was to examine these effects through two-step dimensionless SDOF analyses, aimed at reaching conclusions that would be applicable to a large variety of cladding/supporting structure arrangements. The results of these analyses are presented by employing the dynamic load factor, representing the maximum supporting structure displacement. It was found that cladding membrane action has adverse effects over its supporting structure, as it does not allow for extensive plastic dissipation and leads to higher support reactions. On the contrary, insignificant membrane action leads to lower dynamic load factor for the supporting structure. Thus, membrane behavior should be activated only as a safety backup action in order to prevent cladding failure. A case study of a typical cladding/supporting structure is presented to demonstrate and verify the proposed two-step SDOF analyses and the obtained results

Βασικές αρχές και παραδείγματα σχεδιασμού κατασκευών έναντι εκρήξεων

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών

Σχεδιασμός επικαλύψεων κτιρίων για μείωση των συνεπειών από εκρήξεις στον υποκείμενο φορέα

The main aim of this doctoral thesis is to gain insight into the role of building cladding to mitigate blast effects on the supporting structure. This can be achieved by utilizing two different mechanisms, i.e., the mechanism of inertial resistance and the mechanism of plastic energy absorption, which, if properly exploited, may lead to the same result. More specifically, the initial blast load profile on the cladding is converted from a high-amplitude and short-duration time history into a lower-amplitude and longer-duration time history of the dynamic reactions of the cladding that are transferred to the supporting structure. In this way, the load demand on the supporting structure is decreased, thus reducing its deflections, increasing the chances of maintaining its integrity, achieving life safety, and limiting damages. The mechanism of inertial resistance is activated through increased mass and decreased stiffness in the cladding, while the mechanism of plastic energy absorption is activated through plastic strains in thecladding.In this context, a combined numerical, analytical and experimental investigation of the capacity of cladding to mitigate blast effects is performed. The investigation is conducted along four distinct lines of action. In the first one, the influence of cladding mass, stiffness, ultimate resistance and ductility on the supporting structure is theoretically explored. In the second, the influence of cladding membrane action on the supporting structure is researched. Next, the results of the theoretical investigation are verifiedwith the experimental investigation of two steel cladding types and the respective numerical models are validated. Finally, a methodology is proposed for the calculation of the potential of any cladding to mitigate blast effects on the supporting structure, when subjected to a variety of blast loadings.Hence, the originality of the doctoral thesis and its contribution to the advancement of engineering practice is multilevel. More specifically, novel scientific conclusions are extracted and guidelines for structural engineers are formulated about the properties that cladding should have in order to offer increased mitigation potential capabilities. The above are initially verified with an experimental investigation of two steel cladding-to-girt systems. The relevant numerical models are validated on the basis of experimentalresults, and guidelines for the preparation of proper, detailed numerical models regarding blast loading are presented. Finally, a methodology is developed for the direct comparison of different cladding types, in order to estimate their strength characteristics and mitigation potential capacity of the blast effects on the supporting structure.Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η διερεύνηση της δυνατότητας των στοιχείων επικάλυψης των κατασκευών να μειώνουν τις συνέπειες εκρήξεων στον υποκείμενο φορέα. Αυτή η δυνατότητα της επικάλυψης μπορεί να πραγματοποιείται μέσω δύο ξεχωριστών μηχανισμών, οι οποίοι, εφόσον αξιοποιηθούν κατάλληλα, μπορούν να οδηγήσουν σε κοινό αποτέλεσμα. Πρόκειται για τον μηχανισμό αδρανειακής αντίστασης και τον μηχανισμό πλαστικής απορρόφησης ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, η χρονοϊστορία της ασκούμενης πίεσης επί της επικάλυψης μετατρέπεται από υψηλής τιμής και σύντομης διάρκειας σε μια χαμηλότερης τιμής και μεγαλύτερης διάρκειας χρονοϊστορία των αντιδράσεων στήριξης της επικάλυψης, οι οποίες αποτελούν φορτία επί του υποκείμενου φορέα. Με αυτόν τον τρόπο, μειώνεται η απαίτηση στον υποκείμενο φορέα και, άρα, μειώνονται οι παραμορφώσεις του, και αυξάνονται οι πιθανότητες διατήρησης της ακεραιότητάς του, διασφάλισης της προστασίας της ανθρώπινης ζωής, και περιορισμού των βλαβών. Ο μηχανισμός αδρανειακής αντίστασης ενεργοποιείται μέσω αυξημένης μάζας και μειωμένης δυσκαμψίας της επικάλυψης, ενώ ο μηχανισμός πλαστικής απορρόφησης ενέργειας ενεργοποιείται μέσω πλαστικών παραμορφώσεων της επικάλυψης. Για τον σκοπό αυτό, πραγματοποιείται συνδυασμός αριθμητικής, αναλυτικής και πειραματικής διερεύνησης αυτών των δυνατοτήτων των στοιχείων επικάλυψης. Η διερεύνηση γίνεται σε τέσσερις διακριτούς άξονες. Στον πρώτο άξονα αναζητείται θεωρητικά ο τρόπος επιρροής της επικάλυψης μέσω των δύο μηχανισμών και των ζωνών ενεργοποίησής τους, καθώς και της συμβολής της μάζας, της δυσκαμψίας, της αντίστασης και της ολκιμότητας. Στη συνέχεια αναζητείται θεωρητικά ο τρόπος επιρροής της μεμβρανικής λειτουργίας της επικάλυψης στη συμπεριφορά του υποκείμενου φορέα. Στον τρίτο άξονα επιβεβαιώνονται τα θεωρητικά συμπεράσματα μέσω πειραματικής διερεύνησης σε δύο τύπους επικάλυψης από δομικό χάλυβα και πιστοποιούνται τα αποτελέσματα των αριθμητικών προσομοιωμάτων. Τελικά, προτείνεται μεθοδολογία μέσω της οποίας μπορεί να υπολογιστεί η δυνατότητα μιας επικάλυψης να οδηγεί σε μείωση των συνεπειών έκρηξης στον υποκείμενο φορέα.Επομένως, η πρωτοτυπία της διατριβής και η συμβολή της στην επαγγελματική πρακτική είναι πολυεπίπεδη. Προκύπτουν πρωτότυπα επιστημονικά συμπεράσματα που μετουσιώνονται σε τεχνικές οδηγίες προς τους μηχανικούς, όσον αφορά στις ιδιότητες που πρέπει να έχει η επικάλυψη για την επίτευξη του στόχου μείωσης των συνεπειών εκρήξεων. Τα παραπάνω επιβεβαιώνονται αρχικά μέσω της πειραματικής διερεύνησης δύο συστημάτων επικάλυψης–υποκείμενου φορέα. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, πιστοποιούνται αντίστοιχα αριθμητικά προσομοιώματα και διατυπώνονται οδηγίες σύνταξης αριθμητικών προσομοιωμάτων έναντι έκρηξης. Τέλος, διατυπώνεται μεθοδολογία για τη συγκριτική ανάλυση διαφόρων ειδών επικάλυψης έναντι έκρηξης, προκειμένου να διαπιστωθεί η ικανότητά τους για μείωση των συνεπειών στον υποκείμενο φορέα

Membrane Action of Cladding Subjected to Blast Loading and Effects on the Supporting Structure

A recent blast design trend is to properly select cladding characteristics in order to limit blast consequences on its supporting structure. In this context, it is worth noting that cladding components may exhibit significant membrane action, and its effects may be decisive for the supporting structure. The main focus of the present study was to examine these effects through two-step dimensionless SDOF analyses, aimed at reaching conclusions that would be applicable to a large variety of cladding/supporting structure arrangements. The results of these analyses are presented by employing the dynamic load factor, representing the maximum supporting structure displacement. It was found that cladding membrane action has adverse effects over its supporting structure, as it does not allow for extensive plastic dissipation and leads to higher support reactions. On the contrary, insignificant membrane action leads to lower dynamic load factor for the supporting structure. Thus, membrane behavior should be activated only as a safety backup action in order to prevent cladding failure. A case study of a typical cladding/supporting structure is presented to demonstrate and verify the proposed two-step SDOF analyses and the obtained results