ایروپدیا | هوافضای جوان

خستگی

فرض کنید یک سیم فلزی دارید و قصد دارید بدون استفاده از سیم‌چین یا هر ابزار دیگری ببریدش و از وسط نصفش کنید! چیکار می‌کنید؟ مطمئنا سیم رو اینقدر با دستتون خم و عقب و جلو می‌کنید تا سیم کم‌کم نرم می‌شه و شما به هدفتون یعنی نصف شدن سیم می‌رسید. شما ممکنه بارها این کار رو انجام داده باشید و مطئنا تا حالا فکر نکردید که چرا این اتفاق میوفته؟ در حقیقت شما با انجام حرکت‌های متناوب یا بهتره بگیم بارگذاری نوسانی، باعث شدید که مولکول‌های قسمتی که در حال خم کردنش هستید از هم فاصله بگیرند یا گسسته بشوند. نتیجه این گسستگی مولکولی ایجاد ترک‌های ریزی هست که با تکرار دفعات بزرگتر می‌شه یا به قول مهندس‌های سازه، ترک رشد می‌کنه، تا جایی که دیگه باعث شکستن قطعه می‌شه. خودتون می‌تونید یکبار این فرایند رو انجام بدید اما این دفعه با دقت بیشتر! وقتی سیم ترجیحا مفتولی رو به دفعات خم و راست کردید با دقت به محل خم شدن نگاه کنید یا می‌تونید از یک ذره بین هم استفاده کنید، مطئنا ترک‌ها و از هم گسیختگی‌های بسیار ریزی رو مشاهده خواهید کرد.

قطعه شکسته شده به دلیل خستگی

قطعه شکسته شده به دلیل خستگی

اینجاست که باید بگیم سیم یا همون سازه شما دچار خستگی شده. خستگی موضوع بسیار بسیار مهمی در طراحی سازه هواپیماهاست و بی‌توجهی بهش تا الان جان بسیاری از انسان‎ها رو گرفته. اما بیایید ببینیم که این مسئله مهم چطوری  و در کجای هواپیما رخ می‌ده که اینقدر اهمیت داره.

همونطور که میدونید بعضی از قسمت‌های هواپیما دائما تحث تاثیر نیروهای نوسانی قرار دارند، بیایید با یک مثال ادامه بدیم، نیروهای نوسانی یعنی اینکه یک نیروی مشخصی مثل نیروی برآ یا نیروهای دیگه‌ای مثل وزن موتور، وزن سوخت یا نیروهای ناگهانی مثل باد، بارها و بارها به سازه‌ی بال هواپیما وارد می‌شه، شاید مقایسه جالبی باشه که بگیم بال هواپیما شبیه تخته پرش توی آب هست و اگر دقت کرده باشید این تخته همیشه تحث تاثیر نیروهای نوسانی که شیرجه‌زن بهش وارد می‌کنه قرار داره.

پس تا الان حدس زدید که اتفاقی که برای سیمتون میفته برای بال هواپیما هم میفته اما در بلند مدت، برای همین هم هست که برای هواپیماها عمر تعریف می‌کنند. باید بدونید که فقط بال نیست که دچار خستگی می‌شه بلکه این اتفاق برای هر جزئی از هواپیما که به صورت مداوم بهش نیرو وارد می‌شه، میفته؛ مثل ارابه فرود که در هر بار نشست و برخاست باید نیروهای بسیار زیادی رو  تحمل کنه و سازه‌اش مستعد خستگی هست. مثال دیگه، اجزای موتورهای جت هستند. البته خستگی در تمام سازه های مهندسی مشاهده می‌شه و فقط مربوط به هواپیما نیست، مثلا علت سقوط یک هلیکوپتر نروژی، خستگی قطعات جعبه دنده ملخ بوده که منجر به مرگ سرنشینانش شده.

جدا شدن سازه بدنه هواپیما به دلیل خستگی

جدا شدن سازه بدنه هواپیما به دلیل خستگی

 

شکسته شدن ناگهانی ارابه فرود به دلیل خستگی

شکسته شدن ناگهانی ارابه فرود به دلیل خستگی

 این موضوع اینقدر مهمه که در تعمیرات اساسی یک هواپیما یا همون اورهال بررسی‌های دقیقی رو با روش‌ها و تست‌های مختلف روی سازه هواپیما انجام می‌دهند؛ روشی مثل بررسی سازه با اشعه ایکس و تشخیص ترک‌ها. البته نوع مواد بکار رفته و کیفیت سازه هم در عمر خستگی سازه بسیار تاثیر گذاره، مثلا هواپیماهایی بودند که با وجود عمر کم به دلیل خستگی دچار سانحه شدند.

ساندویچ پنل

این اسم در مهندسی سازه شاید کمی جالب بنظر بیاد اما قطعات فلزی و غیر فلزی مهمی در تمام محصولات مهندسی از جمله هواپیماها وجود داره که با این نام شناخته می‌شن یعنی ساندویچ پنل‌ها. همونطور که می‌دونید مواد مرکب یا کامپوزیت‌ها جایگاه ویژه‌ای در هوافضا پیدا کرده‌اند که می‌تونید در ایروپدیا و درس‌های سازه‌ای در موردشون مطالعه کنید. ساندویچ پنل‌ها هم یک نوع از سازه‌های کامپوزیتی هستند که به خاطر شباهتشون با ساندویچ یا همبرگر و شکل لایه‌ای که دارند، با این نام شناخته می‌شوند.

 

ساندویچ پنل و لایه های مختلف آن

ساندویچ پنل و لایه‌های مختلف آن

 

بعضی از قطعات کامپوزیتی به شکل پوسته یا صفحه هستند، برای بالا بردن استحکام این قطعات از لایه‌های مختلفی که بصورت یکپارچه در کنار هم قرار گرفتند، استفاده می‌کنند. چیزی شبیه تخته چند لایی که اگر دقت کرده باشید خیلی محکم هستند. شاید براتون جالب باشه که جنس بعضی از لایه‌های ساندویچ پنل‌ها مواد غیر فلزی و بسیار سبک مثل فوم‌های پی وی سی است یا ممکنه هسته‌ای به شکل لانه زنبور یا honeycomb داشته باشند که نوعش بستگی به وظیفه سازه داره.

یک نمونه ساندویچ پنل با هسته فومی

یک نمونه ساندویچ پنل با هسته فومی

 

شماتیک ساندویچ پنل با هسته لانه زنبوری

شماتیک ساندویچ پنل با هسته لانه زنبوری

 

ساندویچ پنل‌ها کاربرد زیادی در سازه‌ها دارند و معمولا به عنوان بخش خارجی یا همون دیواره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، ولی تشخیص اینکه یک دیواره یا پوسته ساندویچ پنل هست یا خیر ممکنه کمی مشکل باشه چون ما لایه‌های داخلی رو نمی‌تونیم ببینیم و پوسته‌هایی خارجی یا همون بدنه که ممکنه از جنس های مختلفی مثل کامپوزیت های الیاف کربن – شیشه یا ورق های فلزی مثل آلومینیوم احاطه شده باشه.

مثلا شکل زیر قطعه‌ای مربوط به یک هلیکوپتر هست که از ساندویچ پنل فلزی ساخته شده و داری لانه زنبوری فلزی هست.

composite_honeycomb_exhaust

ساندویچ پنل با هسته داخلی لانه زنبوری در خروجی موتور یک بالگرد

بیشترین کاربرد ساندویچ پنل‌های کامپوزیتی با هسته فومی در ساخت پهپادها است. در تعدادی از پهپادهای کشورمون هم از این نوع سازه استفاده شده. ساندویچ پنل‌های پیشرفته‌تر مثل اونهایی که هسته‌شون از نوع لانه زنبوریه و یا لایه فلزی دارند، بیشتر در وسایل پروازی بزرگتر و سرنشین‌دار مورد استفاده قرار می گیرند. وزن این سازه‌ها کمه و در نتیجه استفاده از اونها باعث کاهش وزن هواپیما و به دنبال اون بهبود عملکرد هواپیما می‌شه؛ مثلا در نظر بگیرید که در گذشته از یک سازه پوسته‌ای با وزن ۵ کیلوگرم در هواپیما استفاده می‌شد، اما حالا با استفاده از ساندویچ پنل‌ها این وزن به ۲ کیلوگرم کاهش پیدا کرده بدون اینکه استحکام پایین بیاد و حتی ممکنه افزایش هم پیدا کنه. پس ۳ کیلوگرم در وزن صرفه‌جویی شده و در نتیجه هواپیما می‌تونه سوخت بیشتری با خودش حمل کرده و بردش رو افزایش بده.

محل عمودی نصب بال

محل عمودی نصب بال

محل افقی نصب بال از پیش از اتمام مرحله طراحی مفومی قابل پیش بینی و قابل انتخاب نیست ولی محل عمودی قرارگرفتن بال روی هواپیما قابل انتخاب است، محل عمودی نصب بال محل نصب بال به بدنه نسبت به خط وسط بدنه است. به طور کلی چهار محل اصلی برای نصب بال به بدنه وجود دارد، ادامه نوشته

پیچش (Twist)

پیچش (Twist)

در صورتی که زاویه حمله نوک بال با زاویه حمله ریشه بال تفاوت داشته باشد می گویند بال دارای پیچش است. در صورتی که زاویه حمله نوک بال بیشتر باشد این پیچش را مثبت (washin) و در صورتی که کمتر باشد، منفی (Washout) گویند. معمولاً در هواپیما پیچش منفی بوده و بین صفر تا ٣- درجه است. ادامه نوشته

Elevon

Elevon

‏Elevon ها جزء سطوح کنترلی هواپیما هستند و ترکیبی از Elevator (که برای حرکت Pitch استفاده میشود) و شَهپر Aileron (که برای حرکت Roll استفاده میشود)، Elevon ها معمولاً در هواپیماهای بدون دم و با بال مثلثی شکل استفاده میشوند. ادامه نوشته

نسبت مخروطی یا باریک شوندگی (Taper Ratio یا λ)

نسبت مخروطی یا باریک شوندگی (Taper Ratio یا λ)

نسبت مخروطی، نسبت وتر نوک بال به وتر ریشه بال است. ادامه نوشته

معکوس کردن زاویه گام ملخ (Reverse pitch)

معکوس کردن زاویه گام ملخ (Reverse pitch)

در هواپیماهای ملخ دار با تغییر زاویه گام ملخ نیروی کششی در جهت مخالف حرکت هواپیما ایجاد می شود که پس از نشستن کامل هواپیما بر روی زمین در جهت ایجاد پسای زیاد و در نتیجه کم شدن سریع سرعت هواپیما موثر می باشند. ادامه نوشته

فلپ (Flap)

فلپ (Flap)

فلپ ها را می توان امروزه بر روی بال اکثر هواپیماها مشاهده نمود اثر افزودن Flap به لبه فرار بال معادل افزایش Camber بال است، بعضی از Flap ها نیز طول وتر بال را افزایش می دهند، این امر باعث افزایش مساحت بال و در نتیجه باعث کاهش زاویه حمله مورد نیاز برای تولید Lift می شود. ادامه نوشته

انواع فلپ

انواع فلپ

فلپ ساده (Plain flap):

این نوع فلپ قسمتی ازلبه فرار را تشکیل میدهد که به بال لولا شده است و می تواند به شکل ساده سمت پایین حرکت نماید در زاویه حمله کم فلپ دارای بهره خوبی است ولی در زاویه های حمله زیاد به علت ایجاد یک منطقه نامنظم و گردابه ای که در سطح فوقانی فلپ تولید می شود ایجاد پسای زیادی می نماید که باعث کاهش بهره آیرودینامیکی می گردد. ادامه نوشته

Adverse Yaw, انحراف برعکس در دور زدن

Adverse Yaw, انحراف برعکس در دور زدن

هنگامیکه هواپیما دور می زند شهپر ( Aileron) یک سمت پایین می رود تا با ایجاد نیروی برای اضافی باعث بالا رفتن بال شده و درنهایت هواپیما دور بزند اما باید دانست که این شهپر پایین رفته باعث ایجاد مشکلاتی نیز می شود. ادامه نوشته

صفحه 1 از 512345