بررسی اثرات تغيير شكل بال و بدنه بر روی معادلات حرکت هواپیما
بررسی اثرات تغيير شكل بال و بدنه بر روی معادلات حرکت هواپیما
در مراجع و کتب متداول مکانیک پرواز، معادلات حرکت هواپیما عمومآ با فرض صلبیت سازه هواپیما بدست می آیند و از اثرات انعطاف پذیری سازه صرف نظر می گردد.
در مواردی که فرکانسهای طبیعی دینامیک هواپیما با فرض صلبیت، اختلاف زیادی با فرکانسهای طبیعی ارتعاشی سازه داشته باشند فرض صلبیت جهت تحلیل دینامیکی هواپیما تا حد قابل قبولی با واقعیت سازگار خواهد بود.
با ساخت هواپیماهای بزرگتر با بدنه طویل و دهانه بال بسیار بیشتر در دهه پنجاه میلادی و نیز بکارگیری موتور جت و افزایش سرعت هواپیماها مشکلات متعددی که بعضآ منجر به سوانح مرگباری گردید، پدیدار گشت.
Security policy (edit with Customer reassurance module)
Delivery policy (edit with Customer reassurance module)
Return policy (edit with Customer reassurance module)
بررسی اثرات تغيير شكل بال و بدنه بر روی معادلات حرکت هواپیما
1- مقدمه
در مراجع و کتب متداول مکانیک پرواز، معادلات حرکت هواپیما عمومآ با فرض صلبیت سازه هواپیما بدست می آیند و از اثرات انعطاف پذیری سازه صرف نظر می گردد.
در مواردی که فرکانسهای طبیعی دینامیک هواپیما با فرض صلبیت، اختلاف زیادی با فرکانسهای طبیعی ارتعاشی سازه داشته باشند فرض صلبیت جهت تحلیل دینامیکی هواپیما تا حد قابل قبولی با واقعیت سازگار خواهد بود. اما با افزایش انعطاف پذیری سازه و کاهش فرکانسهای طبیعی ارتعاشی سازه این اختلاف کاهش یافته و فرض صلبیت سازه دیگر قابل قبول نخواهد بود. این امر متخصصین این رشته را بر آن داشته است که در بدست آوردن معادلات حرکت هواپیما، انعطاف پذیری سازه را نیز مد نظر قرار دهند.
با ساخت هواپیماهای بزرگتر با بدنه طویل و دهانه بال بسیار بیشتر در دهه پنجاه میلادی و نیز بکارگیری موتور جت و افزایش سرعت هواپیماها مشکلات متعددی که بعضآ منجر به سوانح مرگباری گردید، پدیدار گشت. همچنین بکارگیری آلیاژهای جدید و مواد مرکب نوظهور در سالهای بعد باعث افزایش چشمگیر انعطاف پذیری سازه گردید؛ به گونه ای که عدم در نظر گرفتن انعطاف پذیری سازه در هواپیماهای با سرعت زیر صوت و گذر صوت بزرگ و نیز جنگنده های مافوق صوت نه تنها باعث کاهش دقت و صحت تحلیلها می گردید، بلکه نتایجی کاملآ نادرست را در اختیار تحلیل گران قرار می داد.
در حقیقت مودهای دینامیک پرواز و مودهای ارتعاشی سازه با یکدیگر کوپله[1] می باشند[8]، [15]. اما این وابستگی به طور معمول در هواپیماهای کوچک و کم سرعت در مقایسه با هواپیماهای بزرگ و پرسرعت بسیار کمتر می باشد. زیرا در هواپیماهای کوچک و کم سرعت فرکانس طبیعی مودهای پروازی طولی و عرضی شامل دوره کوتاه[2] و فوگوید[3] ، رول[4]، داچرول[5] و اسپیرال[6] بسیار کمتر از فرکانسهای طبیعی ارتعاشی سازه می باشند. به گونه ای که وابستگی مودهای پروازی و ارتعاشی سازه قابل صرفنظر کردن بوده و عدم در نظر گرفتن انعطاف پذیری سازه باعث بروز خطای قابل ملاحظه ای نمی گردد.
در اين پروژه اثر انعطاف پذيری بدنه هواپیما در دو حالت استاتیكی و دينامیكی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. در فصل دوم با فرض ايجاد خمش در بدنه توسط دم افقی و عمودی مشتقات پايداری طولی و عرضی هواپیما به دست آمدند و همانطور که نشان داده می شود ، انعطاف پذيری بدنه باعث کاهش پايداری هواپیما و نیز کاهش توان سطوح کنترلی دم می گردد. اين کاهش با افزايش سرعت افزايش می يابد. به گونه ای که در سرعتهای بالاتر اين اثرات قابل ملاحظه می باشند. در فصل چهارم فرکانسهای طبیعی سازه هواپیما با گسسته سازی جرمهای پیوسته به جرمهای متمرکز گسسته بدست آمده اند و همانطور که مشاهده گرديد با افزايش تعداد جرمها نتايج به دست آمده از دقت بیشتری برخوردار گشته اند و به سمت مقدار حقیقی همگرا گرديده اند. با توجه به تحلیل های انجام يافته، کاهش توان الويتور و رادر با افزايش سرعت به صورت قابل ملاحظه ای افزايش می يابد. اين امر در شرايط بحرانی که هواپیما وارد مانورهای ناخواسته و بحرانی می گردد می تواند ايمنی پرواز را با مخاطراتی مواجه سازد. همانطور که در بررسیها نشان داده شده هواپیمای مسافربری ايران 041 از صلبیت نسبتا بالايی برخوردار می باشد. به گونه ای که اثر انعطاف پذيری بدنه در پرواز کروز هواپیما قابل ملاحظه نمی باشد. اما چنانچه اين هواپیما در شرايط بحرانی وارد مانور ناخواسته شیرجه گردد و با توجه به اين مساله که اين هواپیما برای چنین مانورهايی طراحی نشده است، تاثیر انعطاف پذيری بدنه در چنین شرايطی قابل ملاحظه خواهد بود
[1] Coupled
[2] Short Period
[3] Long Period
[4] Roll
[5] Duch-roll
[6] Spiral
فهرست مطالب
1- مقدمه........................................................................................................................................................................... 2
1-1- مقدمه.................................................................................................................................................................. 2
1-2- اثرات انعطاف پذیری سازه بر روی دینامیک و کنترل هواپیما............................................................................ 4
1-2-1- فلاتر........................................................................................................................................................ 5
1-2-2- اثر معکوس الران..................................................................................................................................... 5
1-2-3- کاهش توان الویتور و رادر...................................................................................................................... 6
1-2-4- خستگی سازه ای.................................................................................................................................. 10
1-2-5- تغییر دینامیک و کنترل پذیری هواپیما................................................................................................. 10
2-تحلیل استاتیکی اثرانعطاف پذیری بدنه بر روی پایداری طولی و سمتی........................................................... 13
2-1- مقدمه............................................................................................................................................................... 13
2-2- اثرات خمش بدنه ناشی از نیروی الویتور بر روی توان الویتور و پایداری طولی هواپیما.................................. 14
2-3- اثرات خمش بدنه ناشی از نیروی دم عمودی و رادر بر روی توان دم عمودی و پایداری سمتی هواپیما......... 20
2-4- بررسی اثر انعطاف پذیری بدنه بر کاهش پایداری عرضی و طولی و نیز کاهش توان الویتور و رادر هواپیمای مسافربری ایران 140 26
2-4-1- بررسی کاهش پایداری طولی و توان الویتور........................................................................................ 27
2-4-2- بررسی کاهش پایداری سمتی و توان رادر........................................................................................... 30
3-معادلات حرکت شش درجه آزادی هواپیمای الاستیک......................................................................................... 35
3-1- مقدمه............................................................................................................................................................... 35
3-2- بدست آوردن معادلات حرکت هواپیمای الاستیک.......................................................................................... 36
3-2-1 دینامیک جسم الاستیک نامقید............................................................................................................... 37
3-2-2- محورهای میانگین................................................................................................................................. 40
3-2-3- مودهای ارتعاشی آزاد........................................................................................................................... 43
3-2-4- معادلات حرکت هواپیمای الاستیک................................................................................................... 46
3-2-5- نیروهای تعمیم یافته.............................................................................................................................. 49
3-2-6- تعیین نیروهای آیرودینامیکی................................................................................................................ 53
3-2-6-1 تعیین نیروی برا و گشتاور پیچ ناشی از ارتعاش خمشی و پیچشی بال:.................................................... 53
3-2-6-2- تعیین تغییرات نیرو و گشتاور آیرودینامیکی دم افقی با در نظر گرفتن خمش بدنه خمش بدنه................... 58
3-2-6-3- تعیین تغییرات نیرو و گشتاور آیرودینامیکی دم عمودی با در نظر گرفتن خمش بدنه................................ 59
4- تعیین فرکانسهای طبیعی و شکل مودها به روش شکل مودهای فرضی........................................................... 63
4-1- مقدمه............................................................................................................................................................... 63
4-2- روش شکل مودهای فرضی.............................................................................................................................. 64
4-2-1- بدست آوردن معالات حرکت جرمهای متمرکز.................................................................................. 64
4-2-2- بدست آوردن شکل مودها و فرکانسهای طبیعی................................................................................. 69
4-2-3- حل معادله ارتعاشی سیستم با استفاده از مختصات نرمال.................................................................. 71
4-3- بدست آوردن فرکانسهای طبیعی بال و بدنه هواپیمای ایران 140................................................................... 72
4-3-1- بدست آوردن فرکانس طبیعی بال هواپیمای ایران 140...................................................................... 72
4-3-2- بدست آوردن فرکانس طبیعی بدنه هواپیمای ایران 140.................................................................... 75
5- شبیه سازی پرواز هواپیمای الاستیک.................................................................................................................... 82
5-1 مقدمه.................................................................................................................................................................. 82
5-2- معادلات و روابط لازم برای شبیه سازی پرواز................................................................................................. 82
5-2-2- محاسبه نیروهای آیرودینامیکی............................................................................................................. 83
5-2-3- گسسته سازی معادلات و برنامه کامپیوتری......................................................................................... 85
5-3- نتایج شبیه سازی پرواز هواپیمای الاستیک....................................................................................................... 86
5-3-1- پاسخ هواپیمای الاستیک به ورودی الویتور.......................................................................................... 88
5-3-2- پاسخ هواپیمای الاستیک به ورودی رادر.............................................................................................. 90
6- نتیجه گیری و پیشنهادات........................................................................................................................................ 94
6-1- نتایج حاصل از بررسی اثر انعطاف پذیری بدنه بر روی دینامیک هواپیما......................................................... 94
6-2- پیشنهادات........................................................................................................................................................ 95
مراجع............................................................................................................................................................................... 98
پيوست 1 - مشخصات سازه ای و پروازی هواپیمای ایران 140.............................................................................. 100
پيوست 2- برنامه های کامپیوتری مورد استفاده قرار گرفته..................................................................................... 104
فهرست علائم
علامت
|
کمیت |
نیروی درگ |
|
طول وتر متوسط دم افقی |
|
ضریب برای دم افقی |
|
ضریب گشتاور پیچ دم افقی |
|
ضریب گشتاور گردشی دم عمودی |
|
ضریب گشتاور پیچ الویتور حول مرکز آیرودینامیکی دم افقی |
|
ضریب گشتاور پیچ دم افقی در زاویه حمله صفر درجه |
|
ضریب گشتاور پیچ زاویه حمله دم افقی |
|
ضریب گشتاور پیچ الویتور |
|
ضریب گشتاور گردشی رادر حول مرکز آیرودینامیکی دم عمودی |
|
ضریب گشتاور گردشی رادر |
|
ضریب گشتاور پیچ زاویه سرش جانبی دم عمودی |
|
طول وتر متوسط دم عمودی |
|
طول وتر متوسط بال |
|
ضریب نیروی جانبی زاویه سرش جانبی دم عمودی |
|
میزان تغییر ضریب گشتاور پیچ الویتور ناشی از خمش بدنه |
|
میزان تغییر ضریب گشتاور پیچ زاویه حمله ناشی از خمش بدنه |
|
میزان تغییر ضریب گشتاور گردشی رادر ناشی از خمش بدنه |
|
میزان تغییر ضریب گشتاور گردشی زاویه سرش جانبی حمله ناشی از خمش بدنه |
|
نیروی برای تولید شده توسط الویتور |
|
ضریب الاستیک |
|
زاویه حمله دم افقی |
|
زاویه سرش جانبی دم عمودی |
|
محور طولی در دستگاه بدنی |
|
محورعرضی در دستگاه بدنی |
|
محور عمودی در دستگاه بدنی |
|
گشتاور خمشی |
|
مدول الاستیسیته |
|
ممان اینرسی سطح |
|
بازوی دم افقی |
|
گشتاور پیچ ایجاد شده توسط دم افقی حول مرکزآیرودینامیکی دم افقی |
|
چگالی |
|
سرعت |
|
مساحت دم افقی |
|
مساحت بال |
|
ضریب حجمی دم افقی |
|
ضریب فروریزش |
|
زاویه نصب دم افقی |
|
ضریب فرو ریزش در زاویه صفر درجه |
|
ضریب الویتور |
|
زاویه الویتور |
|
ضریب دینامیکی گشتاور دم افقی |
|
ضریب دینامیکی نیروی برای دم افقی |
|
گشتاور پیچ تولید شده توسط دم افقی حول مرکز ثقل |
|
زاویه رادر |
|
نیروی جانبی دم عمودی |
|
زاویه خیز ایجاد شده در دم عمودی ناشی از خمش بدنه |
|
گشتاور گردشی دم عمودی |
|
بازوی دم عمودی |
|
مساحت دم عمودی |
|
ضریب فروریزش جانبی |
|
ضریب رادر |
|
ضریب دینامیکی نیروی برای دم افقی |
|
ضریب دینامیکی گشتاور دم عمودی |
|
دستگاه مختصات اینرسی |
|
دستگاه مختصات محلی |
|
انرژی جنبشی |
|
المان حجمی |
|
بردار موقعیت المان در مختصات اینرسی |
|
بردار موقعیت دستگاه مختصات محلی در دستگاه مختصات اینرسی |
|
بردار موقعیت المان در مختصات محلی |
|
بردار سرعت زاویه ای دستگاه مختصات محلی نسبت به اینرسی |
|
زمان |
|
انرژی پتانسیل ناشی از جاذبه |
|
بردار شتاب جاذبه |
|
بردار موقعیت المان قبل از تغییر شکل در دستگاه مختصات محلی |
|
بردار تغییر مکان المان در دستگاه مختصات محلی |
|
انرژی کرنشی |
|
موقعیت مرکز جرم لحظه ای نسبت به مبدا مختصات بدنی |
|
تانسور ممان اینرسی کل جسم |
|
جرم جسم |
|
شکل مود ام |
|
جابجایی ها در دستگاه مختصات تعمیم یافته |
|
جرم تعمیم یافته ام |
|
بردار سرعت در راستای محور طولی مختصات بدنی |
|
بردار سرعت در راستای محور عرضی مختصات بدنی |
|
بردار سرعت در راستای محور عمودی مختصات بدنی |
|
زاویه اویلر |
|
زاویه اویلر |
|
زاویه اویلر |
|
بردار سرعتهای زاویه ای حول محور طولی مختصات بدنی |
|
بردار سرعتهای زاویه ای حول محور عرضی مختصات بدنی |
|
بردار سرعتهای زاویه ای حول محور طولی مختصات بدنی |
|
چرخش مجازی |
|
چرخش مجازی |
|
چرخش مجازی |
|
نیروی رانش در راستای محور طولی |
|
نیروی رانش در راستای محور عرضی |
|
نیروی رانش در راستای محور عمودی |
|
نیروهای وارد به هواپیما در راستای افقی |
|
نیروهای وارد به هواپیما در راستای عرضی |
|
نیروهای وارد به هواپیما در راستای عمودی |
|
نیروی برا |
|
نیروی جانبی |
|
مجموع گشتاورها حول محور طولی بدنی |
|
مجموع گشتاورها حول محور عرضی بدنی |
|
مجموع گشتاورها حول محور عمودی بدنی |
|
ضرایب تاثیر |
|
تغییر مکان در مختصات تعمیم یافته |
فهرست شكلها
شكل 1‑1-مدل سازی قسمت انتهایی بدنه هواپیما به صورت تیر یک سرگیردار. 6
شكل 1‑2- هواپیمای لایتنینگ... 7
شكل 1‑3- هواپیمای بویینگ 320-707. 8
شكل 1‑4-مشتق هواپیمای بویینگ 320- 707 با در نظرگرفتن خمش بدنه. [1]8
شكل 1‑5-مشتق هواپیمای بویینگ 320- 707 با در نظرگرفتن خمش بدنه. [1]9
شكل 1‑6-مشتق هواپیمای بویینگ 320- 707 با در نظرگرفتن خمش بدنه. [1]9
شكل 1‑7- تغییرات سرعت زاویه ای پیچ، ، مربوط به هواپیمای بمب افکن بی-1 نسبت به ورودی الویتور. [5]11
شكل 2‑1-مدلسازی قسمت انتهای بدنه هواپیما به صورت تیر یکسر گیردار [5]14
شكل 2‑2-خمش ناشی از اثر الویتور در مدل یکسرگیردار بدنه هواپیما [5]15
شكل 2‑3- خمش ناشی از اثر رادر در مدل یکسرگیردار بدنه هواپیما21
شكل 2‑4-غییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 27
شكل 2‑5- درصد تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 28
شكل 2‑6- تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 29
شكل 2‑7- درصد تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 29
شكل 2‑8- تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 30
شكل 2‑9- درصد تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 31
شكل 2‑10- تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 32
شكل 2‑11- درصد تغییرات بر حسب مقادیر مختلف سرعت.. 32
شكل 3‑1-موقعیت المان جرمی.. 38
شكل 3‑3- مقطع دو بعدی بال. 54
شكل 4‑1- جرم کسسته بال هواپیما65
شكل 4‑2- مدل جرم گسسته نیمی از بال. 65
شكل 4‑3- مدل جرم متمرکز هواپیمای ایران 140. 72
شكل 4‑4- اولین فرکانس طبیعی بال هواپیمای ایران 140 با در نظر گرفتن تعداد جرمهای مختلف... 73
شكل 4‑5- دومین فرکانس طبیعی بال هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 73
شكل 4‑6- سومین فرکانس طبیعی بال هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 74
شكل 4‑7- چهارمین فرکانس طبیعی بال هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 74
شكل 4‑8- اولین فرکانس طبیعی بدنه هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 75
شكل 4‑9- دومین فرکانس طبیعی بدنه هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 76
شكل 4‑10- سومین فرکانس طبیعی بدنه هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 76
شكل 4‑11- چهارمین فرکانس طبیعی بدنه هواپیمای ایران 140 با در نظرگرفتن تعداد جرمهای مختلف... 77
شكل 5‑1- فلوچارت شبیه سازی پرواز هواپیمای الاستیک... 1
مشخصات
- مقطع فایل
- کارشناسی ارشد
- نوع فایل تحقیق پژوهشی علمی
- پایان نامه پروپوزال مقاله
- تعداد صفحات
- 125