بخشی از مقاله
امکان سنجي استفاده از کوپل جفتي سروو اکچويتورهاي الکترومکانيکي چرخشي در مکانيزم حرکتي سطوح فرامين هواپيما با کمک نتايج تحليل تجربي و تست
چکيده
هدف از اين تحقيق بررسي امکان سنجي استفاده از اتصال مکانيکي همزمان دو سروو اکچويتور الکترومکانيکي چرخشي به يکديگر بجاي استفاده از يک سروو اکچويتور بزرگتر جهت مکانيزم سطوح فرامين هواپيماها ميباشد. در اين تحقيق دو نوع کلي کوپل مکانيکي طراحي و تعريف شده است . نوع اول مکانيزم اتصال لغزنده با يک درجه آزادي اضافي و نوع دوم اتصال مستقيم بدون درجه آزادي اضافي ميباشد. در ادامه معايب و مزاياي هر دو نمونه کوپل به کمک تست هاي آزمايشگاهي مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است . طراحي نرم افزار داده برداري در محيط LabVIEW به همراه ساخت تستر فرمان ٤ پورتي و طراحي مکانيزم تست از جمله نوآوريهاي صورت گرفته در اين تحقيق ميباشد. اين تست ها بر روي يک نمونه سروو اکچويتور پر کاربرد در هواپيماهاي سبک ، انجام شده است . نتايج بدست آمده کوپل نوع اول را تاييد و مدل دوم را رد ميکند.
با توجه به ساختار مشابه سرووهاي کوچک غير نظامي، اين نتايج براي ساير نمونه سرووها نيز قابل تعميم ميباشد. در نهايت نتايج بدست آمده با اجرا بر روي يک هواپيماي کوچک مورد تاييد و استفاده قرار گرفت .
واژه هاي کليدي اکچويتور الکترومکانيکي - سطوح فرامين - کوپل مکانيکي - هواپيما
١. مقدمه
در بسياري از هواپيماها، مکانيزم هاي حرکتي سطوح فرامين بر اساس سروو اکچويتورهاي الکترومکانيکي چرخشي طراحي ميشوند. انتخاب اين سرووها وابسته به بسياري از پارامترها از جمله مشخصات نيرويي و ابعادي ميباشد. از آنجايي که در برخي موارد انتخاب سرووي مناسب براي يک سطح کنترلي خاص ، بسيار سخت يا مقرون به صرفه نميباشد لذا اتصال مکانيکي دو سرووي کوچک به يکديگر به جاي استفاده از سرووي بزرگتر راه حل مناسبي بوده که موجب کاهش هزينه و افزايش قابليت اطمينان ميشود. در برخي از هواپيماها از يک سروو با دو شفت خروجي که با يک مدار کنترل داخلي هدايت ميشوند، استفاده شده است . هرچند تحقيقات بسيار زيادي به منظور طراحي سروو اکچويتورهاي خاص و همچنين افزايش کارايي آنها صورت گرفته است ليکن اتصال دو سروو کاملا مجزا تنها در کاتالوگ برخي از سرووهاي کوچک هواپيماهاي مدل اشاره شده است . گستره ي ظولاني مدت تحقيقات مرتبط با سروو اکچويتورها نشان از اهميت و پويايي اين قطعه پرکاربرد و حساس دارد. از جمله گزارشات بسيار کاربردي در زمينه اکچويتورهاي سطوح فرامين در سال ١٩٧١ منتشر گرديد و در سالهاي اخير نيز مقالات مهمي در زمينه افزايش کارايي اکچويتورها، نحوه تست آنها و حتي طراحي اکچويتورهاي مطمئن دو موتوره جهت ساير مکانيزم هاي هواپيما و ... منتشر گرديده است . در اين مقاله ابتدا شرح مختصري از سروو اکچويتور الکترومکانيکي ارائه ميشود. سپس نحوه کاربرد اين سرووها در مکانيزم حرکتي سطوح فرامين بررسي ميشود. در ادامه دو نوع مکانيزم اتصال مکانيکي (لغزنده و مستقيم ) تعريف ميشود. سپس به کمک تست هاي کارگاهي مزايا و معايب هر دو نوع طرح بر روي يک سروو اکچويتور خاص بررسي ميشود. در پايان امکان سنجي استفاده از اين دو نوع طرح براي هواپيماها مورد ارزيابي قرار ميگيرد.
در شکل زير سطوح فرامين يک هواپيما نمايش داده شده است .
شکل ١: سطوح فرامين يک هواپيما
٢. سروو اکچويتور الکترومکانيکي
سروو اکچويتور الکترومکانيکي يک عملگر مجزا با ساختمان داخلي منحصر بفرد ميباشد. اين عملگرها به دو نوع خطي و چرخشي دسته بندي ميشوند. هر مجموعه عملگر شامل موتور الکتريکي، گيربکس ، پتانسيومتر، اجزاي الکترونيکي و کنترلي و ... مخصوص به خود ميباشد. براي انتخاب يک سرووي چرخشي يا خطي مناسب علاوه بر ابعاد هندسي، پارامترهايي مانند توان مصرفي، محدوده دوران يا کورس ، سرعت زاويه اي يا خطي، گشتاور يا نيروي کاري و ... مورد نظر ميباشند.
يک سروو اکچويتور علاوه بر اعمال نيرو يا گشتاور قادر به کنترل کورس يا زاويه چرخش خود بوسيله سيگنال فرمان با دقت بسيار ميباشد. لذا اين وندور در در سيستم هاي کنترل شونده مانند سطوح فرامين بسيار پرکاربرد ميباشند. در شکل زير يک نمونه از سروو اکچويتور خطي و چرخشي نمايش داده شده است .
شکل ٢: يک نمونه سروو اکچويتور الکترومکانيکي چرخشي و خطي
٣. مکانيزم حرکتي سطح کنترلي
در هواپيماهاي سبک معمولا از يک مکانيزم چهارلينکي ساده و سروو اکچويتور چرخشي براي حرکت سطوح فرامين استفاده ميشود. با چرخش سروو اکچويتور، مکانيزم حرکت کرده و در ادامه باعث دوران سطح کنترلي ميشود. شماتيکي از اين مکانيزم چهار لينکي ساده به همراه سطح کنترلي در شکل (٣) آمده است . ميزان دوران و موقعيت لحظه اي سطح کنترلي به کمک سروو کنترل ميشود. ممان لولايي سطح کنترلي با توجه به رابطه اي که حاصل از نوع و نحوه چيدماني مکانيزم ميباشد بوسيله سروو تامين ميشود.
شکل ٣: نمايي از مکانيزم حرکتي يک سطح کنترلي
٤. اتصال دو سروو الکترومکانيکي چرخشي به يکديگر
نحوه اتصال يا کوپل مکانيکي سرووهاي الکترومکانيکي چرخشي به يکديگر جهت ايجاد گشتاور بيشتر را ميتوان به دو مدل زير تقسيم نمود.
الف . اتصال با يک درجه آزادي اضافي ب . اتصال بدون درجه آزادي اضافي
در روش اول اتصال بين دو سروو به کمک يک لينک واسطه معمولا شياردار و به صورت لغزنده ميباشد. شکل (٤) اين نوع کوپل مکانيکي را بخوبي نشان ميدهد. با دوران هر دو سروو، لينک واسطه حرکت کرده و سطح کنترلي دوران ميکند. در اين حالت دو سروو مشابه يکديگر عمل نموده و گشتاور آنها با هم جمع ميشود. ليکن اين مکانيزم به دليل نوع اتصال ايجاد شده (لغزنده )، داراي يک درجه آزادي اضافي ميباشد. بدين شکل که با نگه داشتن بلکرنک يکي از سرووها، بلکرنک ديگر قادر به حرکت بوده و با حرکت بلکرنک دوم ، مکانيزم و نهايتا سطح کنترلي دوران ميکند. اين خاصيت موجب عدم قفل شدن يا کندي مکانيزم به دليل خرابي يکي از سروو ها ميشود. ليکن اين سيستم داراي معايبي از جمله موارد زير نيز ميباشد.
... لقي زياد مکانيزم
... عدم پيش بيني گراف حرکتي سطح کنترلي نسبت به زاويه دوران يک از سرووها هنگامي که سروو ديگر خراب باشد.
... امکان خروج لينک لغزنده واسط از موقعيت اصلي خود و اعمال دوران کمتر به سطح کنترلي
از ديگر معايب جزئي اين مکانيزم اتلاف بخشي از توان و گشتاور سرووها جهت غلبه بر اصطکاک بين پين لغزنده و شيار مي باشد. معمولا مقدار اين اصطکاک جزئي ميباشد. ليکن گاهي براي جلوگيري از خروج مکانيزم از وضعيت نرمال خود بدليل درجه آزادي اضافي، با محکم کردن لغزنده به شيار ميزان اصطکاک افزايش مي يابد
