بالهای آئروالاستیکی فعال

جديدترين اخبار مربوط به هوانوردي نظامي و غيرنظامي را در اين بخش بخوانيد

مدیران انجمن: شوراي نظارت, مديران هوافضا

ارسال پست
Commander
Commander
نمایه کاربر
پست: 2440
تاریخ عضویت: چهار شنبه 15 فروردین 1386, 6:23 pm
سپاس‌های ارسالی: 11143 بار
سپاس‌های دریافتی: 14943 بار

بالهای آئروالاستیکی فعال

پست توسط Shahryar » دو شنبه 28 خرداد 1386, 12:56 pm

  آئروالاستیکی فعال  

کارگیری هواپیمای با بالهای آئروالاستیکی فعال(AAW) یکی از پروژه های تحقیقاتی منحصر به فرد است که مشترکاً توسط نیروی دریایی و آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی آمریکا، مرکز «درایدین» ناسا و کارخانه بوئینگ در حال انجام است. در این ارتباط کارخانه بوئینگ اصلاحاتی را روی هواپیمای F/A-18 به انجام می‌رساند.

 تصویر 

در اولین پرواز تاریخی برادران رایت در 17 سپتامبر 1903 ، «اورویل رایت» با قرار گرفتن به صورت درازکش روی سینه در محل نشیمن گاه هواپیما و تکان دادن اندام بدن خود موجب پیچش و یا تاب دادن نوک بالها به سمت راست و یا چپ گردید. این امر باعث کنترل پرواز هواپیما بدون به کارگیری شهپرها گردید. در حالی که این چنین تاب برداشتن آئروالاستیکی در بالهای هواپیماهای پیشرفته به صورت ذاتی وجود دارد، مهندسان کلیه سعی خود را برای مقابله با این پدیده، از تقویت کردن بالها تا به کارگیری سطوح کنترل دیگر به انجام رسانده اند.



طبق نظر مدیر برنامه «AAW» کارخانه بوئینگ، بالهایی که در پرواز در معرض پیچش قرار می‌گیرند عموماً نازک و سبک بوده و دارای نسبت منظری بالا هستند. یک بال کشیده لاغر بالطبع سبک بوده و دارای مشخصه‌های آئرودینامیکی (برا و پسا) خوبی می‌باشد. دلیلی که موجب می‌گردد از بالهای با نسبت منظری بالا استفاده نشود این است که طراحان نسبت به بارگذاری بیش از حد و ایجاد تنش در سازه داخلی بال نگران هستند. در گذشته پاسخ به این مسئله پیچش بالها بود که مشکل را برطرف می‌ساخت.


استفاده از پیچش جهت کنترل و کاهش وزن:

برنامه تحقیقاتی AAW به دنبال روشی است که پدیده تاب برداشتن طبیعی بال در جنگنده‌های جت آینده (همانگونه که برادران رایت استفاده نمودند) را برای اهداف کنترل نمودن هواپیما به کار گیرد و همزمان به طرقی وزن اضافی به وجود آمده را کاهش دهد. برای این کار از هواپیمای F/A-18 استفاده شده زیرا، بالهای اصلی آن دارای پانل‌های آلومینیوم و مواد مرکب، هسته‌های لانه زنبوری می‌باشد. این طرح باعث انعطاف زیاد بال در سرعتهای بالا می‌شود که شهپرها قادر خواهند بود نرخ غلتش (roll) تعیین شده را اعمال نمایند. زیرا تأثیرپذیری کنترل از بین رفته و در نتیجه وارونگی شهپرها حاصل می گردد.


بالهای تولید شده قبلی هواپیمای F/A-18 جهت انجام این پروژه کنار گذاشته شده و به جای آن از طرح جدیدی که دارای دنده‌های عرضی قوی‌تر و پوسته‌های ضخیم‌تر و محکم‌تر می‌باشد استفاده گردید. مهندسان همچنین یک «دم غلتشی» اضافه نمودند که به وسیله آن انحرافات دیفرانسیلی دم موجب توانمندی حرکت غلتش در فشارهای دینامیکی پروازی بالا می گردد. این نوع دم در هواپیماهای F-16 , F-15 , F-14 نیز وجود دارد.


محققان اعتقاد دارند که طرح «AAW» را می‌توان به طریقی به کار گرفت که پیچش بال در سرعتهای زیاد کنترل شود و مانورهای غلتش هواپیما بهبود یابد و شاید تا جایی که بتوان مجموعه دم را حذف نمود.


پیچش بال موجب تامین میزان غلتش مورد نیاز می‌گردد و لذا به گفته یکی از متخصصان برای غلتش از حرکت دیفرانسیلی دم استفاده نمی‌شود، بلکه آن را حین پرواز کاملاً افقی نگه داشته تا اثبات گردد که برای غلتش هواپیما نیازی به دم نمی‌باشد. با این کار نیروهای حاصله از بال از نیروهای حاصله از دم که به صورت مخالف عمل می‌کنند مجزا می‌گردد. همچنین رایانه کنترل پرواز (FCC) هواپیمای F-18 به منظور حرکت دادن عمل کننده‌های جدید بایست اصلاح شوند. تا زمانی که سیستم FCC جدید به کار گرفته نشود هواپیما مانند یک F-18 معمولی عملیات برخاست، فرود و پرواز را انجام می‌دهد.

 تصویر 

کنترل تنش‌ها:

طبق اظهارات مدیر این پروژه، اطمینان از کنترل و یا خنثی کردن تنش‌های به وجود آمده، کلید اصلی موفقیت برای این نوع بالهاست.


برای این کار، صدها حسگر روی سطوح بال و بدنه توزیع و نصب شده و می‌توان کلیه بارگذاری‌ها در حین پرواز را نظارت کرد و با استفاده از دیگر سطوح کنترل مانند فلپ ها، شهپرها و غیره بارگذاری بال را مجدداً توزیع نموده وبنابراین از هرگونه اعمال بار اضافی روی هر یک از بخش‌های بال و یا بدنه که به سبب پیچش ایجاد می‌گردد جلوگیری نمود. وی می‌افزاید تا زمانی که ایمنی در بهسازی توزیع نیرو به اثبات نرسد، هیچ یک از مشتریان علاقه‌ای برای استفاده از این نوع بالها برای هواپیماهای طراحی شده نخواهند داشت.


اکثر کارشناسان معتقد هستند که این پروژه به زودی روی هواپیمای F/A-18 اعمال نخواهد شد. زیرا بال جمع شونده آن که برای عملیات روی ناو هواپیمابر مورد نیاز است می‌تواند برای فلپ‌های مستقل لبه حمله بال داخلی و خارجی مناسب باشد (فلپ های استاندارد این جنگنده در هنگامی که بالها جمع می‌شوند از یکدیگر جدا شده و لذا به طور هماهنگ عمل نمی‌کنند). با این تغییر، یک نیروی قوی روی نوک بال ها اعمال شده و بنابراین آن را به سمت پایین و یا بالا فشار داده و موجب پیچش بال می‌گردد.


میزان پیچش نسبتاً کم بوده و در حد کمتر از 4 درجه می‌باشد. ولی به گفته یکی از کارشناسان همین میزان نیز در سرعتهای زیاد نیروی زیادی ایجاد می‌کند که دارای مزایای بسیاری است. محاسن دیگری که فن آوری “AAW” می تواند داشته باشد عبارتند از: ارائه یک بال با وزن مناسب، کاهش نیروی پسا، بهبود در برد پروازی و کاهش مصرف سوخت که همگی به دلیل مشخصه های آئرودینامیکی بهتر بال و افزایش نسبت منظری حاصل می‌شود.


به گفته کارشناسان، با استفاده از طرحی مشابه هواپیمای “JSF” و به کار گرفتن فن آوری “AAW” برای مرحله پرواز گذر صوتی، صرفه جویی در وزن کل معادل 7 الی 10 درصد با حفظ کارآیی هواپیما حاصل می گردد. مطالعات قبلی روی هواپیمای مشابه F-22 (با مأموریت های زیرصوت) کاهش وزن در حد 18 درصد را به اثبات رسانده که میزان قابل توجهی می‌باشد.


هدف اصلی این فن آوری بر این است که روشهای جدید کنترل خصوصاً برای هواپیماهای با بال انعطاف پذیر و نسبت منظری بالا و حتی بدون دم و یا هواپیماهایی که کنترل های آیرودینامیکی متداول ایجاد اشکال می‌کند ارائه گردد.

اولین گام در جهت هواپیمای تغییر شکل‌دهنده:

می توان گفت که فن آوری “AAW” اولین مرحله از یک برنامه بلندمدت جهت دستیابی به یک هواپیمای تغییرشکل دهنده واقعی است که قادر خواهد بود در حین پرواز درست مانند پرندگان که به وسیله پرهای خود حالات پروازی را تغییر می دهند، این نوع هواپیما نیز کل سطوح بال خود را در زمان پرواز اصلاح کند. البته به میزانی این قابلیت تغییرساختار بالها در هواپیماها F-14 و F-111 وجود دارد ولی تا رسیدن به هدف نهایی که با به کار گرفتن فن آوری “AAW” شروع شده مسیر طولانی باقی مانده است.


هنگامی که بخواهیم از قوانین کنترل طبیعی استفاده نماییم (مانند پرندگان)، نیاز به تغییر جهت دادن کلیه چهار سطوح کنترلی می‌باشد که عبارتند از: لبه حمله و فرار بال ها، به طرف بال داخلی و خارج آن. البته انحراف کلیه این سطوح بایست هماهنگ و به طور موثری صورت پذیرد که با کلیه نیروهای آئرودینامیکی، جدایی جریان و غیرو در تعامل باشند. براساس اظهارات مدیر پروژه، جهت اثبات عملی بودن آن آزمایشات با مقیاس کامل و در خارج تونل باد انجام می پذیرد، به صورتی که از عمل کننده های متداول و نیز سطوح کنترل معمول استفاده شده، ولی فقط لبه حمله بال خارجی به عنوان سطح کنترل قابل مانور به کار گرفته می‌شود.


البته برای دستیابی به یک هواپیمای تغییر شکل دهنده واقعی نیاز به توسعه مواد جدید و فن آوری های دیگر می‌باشد که این راه بایست در آینده طی گردد.


در واقع، در اولین گام محققان درصدد آزمایش روی یک هواپیمای موجود با مقداری خصوصیات انعطاف پذیری بوده و اینکه چگونه بتوان به طور ایمن از آن بهره برداری نمود. چنانچه این امر به اثبات برسد، طراحان کاربرد آن را در طرح های آینده هواپیماها موردنظر قرار خواهند داد. و چنانچه مرحله بعدی بخواهد شروع شود، می بایست سازه ها و موادهایی که اجازه انعطاف پذیری بهتری نسبت به هواپیمای F-18 می دهند به کار گرفته شود. پیش بینی می گردد در 30 الی 40 سال آینده، مواد انعطاف پذیری برای کلیه سطوح هواپیما ابداع گردد که بتواند به صورت مستمر در حین پرواز خود را تنظیم کند.


برنامه‌های آزمایش:

هواپیماهای آزمایشی اصلاح شده در مارس 2002 پرده برداری شده و مراحل آزمایشات انسجام سازه‌ای و کنترل سیستم‌های آن طی گردیده است. تغییرات توان کنترلی هواپیما نسبت به فشارهای آیرودینامیکی 200 درجه بر ثانیه است که نسبتاً کمتر از یک هواپیمای F-18 معمولی است. یکی از مواردی که در اولین مرحله پروازی به آن پرداخته می‌شود جمع آوری اطلاعات برای ایجاد مدل های بارگذاری سازه ای و آئرودینامیکی بهتر و نیز استفاده موثرتر از پیچش بال می‌باشد. هدف این است که ابزارهای طراحی معین شده، پیش‌بینی‌ها انجام پذیرد و نهایتاً بررسی گردد که موارد ینی شده تحقق یافته و چنانچه نتیجه منفی بود علت مشخص شود.



این پروژه قبلاً تحت بررسی‌های مختلف در زمینه طراحی قرار گرفته است. این بررسی‌ها شامل ایجاد یک سری قوانین کنترل پرواز مقدماتی و اعمال آن روی شبیه ساز پروازی هواپیمای F/A-18 بوده که توسط خلبانان ناسا و بوئینگ مورد آزمایش قرار گرفته است. با به کارگیری فلپ‌ها لبه حمله چاک‌دار (Split flap) و نیز رایانه کنترل پرواز جدید، تغییراتی در هواپیمای اصلی ایجاد گردیده است. بنابراین در آزمایشات پروازی آینده به بررسی عملکرد هواپیمای پایه و نیز اصلاحات اعمال شده پرداخته می‌شود و اینکه آیا هواپیما قابل کنترل هست و یا خیر؟ همزمان با پروازهای اولیه، کلیه حسگرهای نصب شده نظارت لازم را در مانورهای مختلف انجام داده و اطلاعات مفیدی از عملکرد بال و بدنه به دست می آید. این داده ها به دلیل ایجاد قوانین کنترلی و بهره برداری از مشخصه های آن بسیار مهم است.


جمع آوری داده های مزبور و یا تعیین پارامترهای پروازی به مهندسان کمک می‌کند که در سال آینده، طرح “AAW” را جهت استفاده از توانمندی پیچش بال مورد آزمایش و بررسی قرار دهند.


مرکز تحقیقاتی ناسا آزمایشات بسیاری در این رابطه انجام داده است. با استفاده از تعدادی سیلندرهای هیدرولیکی روی بالها و اعمال نیروهای فشاری و کششی شبیه سازی چگونگی عملکرد بال ها تحت تأثیر گشتاوردهای مختلف آزمایش می‌شود. با این روش مهندسان از میزان بارگذاری اطلاع داشته و لذا کالیبراسیون کلیه حسگرها انجام می‌پذیرد. لذا زمانی که پرواز واقعی صورت می‌گیرد یک تخمینی از میزان بارگذاری توسط حسگرها گزارش می‌شود. به گفته مدیر پروژه هواپیما برای نیروی اینرس 5 الی g6 در نظر گرفته شده که البته در این آزمایشات فقط 4 الی g5 اعمال می‌شود، زیرا در مراحل اولیه آزمایش حالات بحرانی برنامه ریزی نشده، ولی چنانچه نتایج مثبت باشد مراحل بحرانی نیز متعاقباً آزمایش می‌شود.

بحث نهایی:

شروع تلاشهای انجام پذیرفته در جهت تحقق فن آوری “AAW” فقط به اولین پرواز بشر خلاصه نمی‌شود. (همانگونه که در ابتدای مقاله ذکر گردید)، تحقیقات و آزمایش‌های بعدی نشان داد که برای به کارگیری این فن‌آوری ممکن است جریمه‌هایی را متحمل شد (نیاز به وزن اضافی و لذا انجام روشهای مهندسی جهت غلبه بر آن). ولی در نهایت محاسن وزن کم حاصل می‌گردد.


انرژی جریان هوا موجب پیچش دلخواه بال و نیز حرکت اندک سطوح کنترل می‌شود. یکسری بالچه (Tabs) به عنوان سطوح کنترل “AAW” استفاده گردیده تا موجب افزایش پیچش بال و در نتیجه زیادتر شدن توانمندی نیروی کنترل شوند. این روش به جای غلبه بر اتلاف نیروی سطوح کنترل به دلیل پیچش الاستیکی بال انجام می پذیرد. با استفاده از روش فوق توان کنترل قابل ملاحظه ای تحت شرایط فشارهای دینامیکی زیاد ایجاد می گردد و همزمان در شرایط کرنش کم بال نیروی پسا کاهش یافته و نیز نیروهای سازه ای در شرایط کرنش زیاد بال کاسته می گردد.


در واقع، در صورتی که فن‌آوری “AAW” به طور صحیح به کار گرفته شود، یک بال “AAW” که تقریباً 25 درصد سبک‌تر از بال معمولی است پیچش کمتری نسبت به پیچش بال معمولی در هنگام مانورهای پروازی خواهد داشت.
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
يا علي گفتيم و عشق آغاز شد..

ارسال پست

بازگشت به “اخبار هوافضا و هوانوردي”