بخشی از مقاله
چکیده
ارابهیفرود سازهای است که هواپیما درهنگام توقف یا حرکت برروی زمین بر آن تکیه دارد معمولاًدارای چرخ است. پیش از باز شدن مجموعهی ارابهیفرود دربهای محفظه قرارگیری آن باز میشوند، که این امر در زمانی که هواپیما آماده فرود است بسیار اهمیت دارد. در این زمان فشار هوای وارد شده به دربها به علت سرعت زیاد هواپیما، بسیار زیاد است که به نظر این فشار هوا سعی در جدا کردن دربها از بدنه اصلی هواپیما و شکستن اتصالات فلزی بین آنها را دارد. اتصالات فلزی بین دربها و بدنه اصلی هواپیما نقش بسیار مهمی در یک پرواز موفق ایفا میکنند. در اینجا دربهای کامپوزیتی ارابهفرود دماغهی هواپیمای ایران140 و قطعات متصل کنندهی آنها به بدنهی اصلی و اتصالات فلزی بین آنها مدلسازی میشوند و تحلیل تنش وارده به اتصالات فلزی بین دربهای ارابهی فرود و قطعات اصلی که شامل پیچها، مهرهها، پرچها و... است، به وسیلهی نرمافزار اجزاء محدود انسیس انجام میگردد. نتیجهی تحلیل اجزاء محدود نشان میدهد که اتصالات به کار گرفته شده در هواپیما، که پیچهای سر شش گوش هستند، انتخاب مناسبی است که برای طولانی مدت میتواند مورد استفاده قرار گیرد.در این تحقیق سعی شده که تمامی قطعات از مدل اصلی هواپیمای ایران140 پیروی کنند و تمامی اتصالات فلزی بر اساس استاندارد DIN آلمان است.
واژه های کلیدی : تحلیل تنش، ارابهی فرود، اتصال فلزی، روش اجزاء محدود
مقدمه
ارابهیفرود سازهای است که هواپیما در هنگام توقف یا حرکت برروی زمین بر آن تکیه دارد. ارابههای فرود یکی از قسمتهای مهم هواپیما هستند که کار جذب انرژی ناشی از فرود هواپیما را نیز برعهده دارند. هر هواپیما شامل دو ارابهی فرود است. اول ارابهی فرود دماغه و دوم ارابههای فرود اصلی که در زیر بالها قرار دارند. در مراحل طراحی یک هواپیما، طراحی ارابهی فرود معمولاً پس از طراحی بدنه و چیدمان اجزا، هواپیما و محل مرکز ثقل هواپیما است. شایعترین و مورد استفادهترین نوع ارابهی فرود، نوع چرخدار آن است که حداقل سه چرخ داشته باشد. این نوع دارای دو چرخ اصلی در عقب مرکز ثقل و یک چرخ کمک در جلوی مرکز ثقل است. اتصالات فلزی که شامل پیچها، مهرهها، واشرها و دیگر اجزا هستند، وظیفهی اتصال دربها به بدنهی هواپیما را بر عهده دارند. دربها بوسیلهی چندین اهرم به بدنهی هواپیما متصل میشوند. این اتصالات معمولاً پیچهای سر ششگوش هستند، چرا که مقاومت بیشتری نسبت به سایر پیچها دارند. هدف از این تحقیق بررسی تنشهای وارده به اتصالات فلزی دربهای ارابهی فرود هواپیماست، چون این اتصالات نقش اصلی را در نگهداری دربها ایفا میکنند. در صورت خرابی اتصالات و جدا شدن آنها دربها نیز از بدنه جدا شده و در این زمان ارابه فرود در تماس مستقیم با جریان هوا قرار میگیرد، که این امر موجب آسیب جدی به لاستیکها، ورود اجسام خارجی به داخل محفظه ارابه فرود، ورود رطوبت و... میشود.
مطالعات زیادی در زمینهی اتصالات مکانیکی و چسبی در قطعات کامپوزیتی صورت گرفته است 15]؛.[1 اتصالات مکانیکی در قطعات کامپوزیت-کامپوزیت و فلز-کامپوزیت به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته اند، که از جمله میتوان به بررسی اثر نوع بست بر خصوصیات مکانیکی اتصالات کامپوزیتی [1]، برآورد نیروهای گسیختگی بستهای پین و پیچ اتصالات کامپوزیتی [2]، تعیین توانایی تحمل بار در اتصالات بست مکانیکی [3] اشاره کرد. بررسی اتصالات هیبریدی چسبی - مکانیکی در کامپوزیتهای فیبری [4]، مدلسازی شکست در اتصالات یک لبه کامپوزیت فیبر کربن و آلومینیوم [5]، تحلیل تنش اتصالات کامپوزیتی یک لبه چسبی و پیچ شده [6]، بررسی اثرات ضخامت لایه کامپوزیتی بر خصوصیات مکانیکی اتصالات پیچ شده یک لبه [7] نیز از دیگر پژوهشهای صورت گرفته در این زمینه است. مدلسازی اجزاء محدود اتصالات مکانیکی کامپوزیت - آلومینیوم در سازههای هوافضا [8] با استفاده از مدل آسیب پیشرونده در نرم افزار آباکوس صورت گرفته است. در نویسندگان این مقاله از نمودار نیرو-جابهجایی در اتصال یک لبه برای تعیین نقطهی شروع و پیشروی آسیب بهره بردهاند.
شکست در اتصالات چسبی به صورت تجربی در منبع [9] مورد مطالعه قرار گرفته است. در تحقیقی تجربی، اتصالات کامپوزیتی با بستهای مکانیکی به صورت استاتیکی تحت آزمایش کشش قرار گرفتهاند .[10] اثر پارامترهای مونتاژی، مانند قطر سوراخ و نیروی پیش-بار، بر استحکام اتصالات کمپوزیت-فلز پیچ شده تحت نیروی کششی نیز بررسی شده است .[11] در این پژوهش دربهای ارابه فرود دماغه هواپیما به همراه تمام قطعات وابسته که جهت باز و بسته شدن آن مورد استفاده قرار میگیرند بوسیلهی نرم افزار SolidWorks مدل و قطعات استاندارد آن شامل پیچها، مهرهها، پرچها و ... به مدل اضافه میشوند. سپس با نرمافزار انسیس مدل اجزاء محدود اتصالات ساخته و تحلیل تنش وارده به اتصالات فلزی انجام میشود. تحلیل تنش و تعیین محل بیشترین نیروی برشی در این اتصالات، به منظور طراحی اتصالات ایمن، انجام میگیرد.
مواد و روش ها
در بیشتر هواپیماها ارابهی فرود پس از برخاستن هواپیما جمع میشود. اگر چرخها جمع نشوند یک مقاومت جدی در برابر باد ایجاد خواهد شد و مانند ترمز باعث کاهش سرعت میشوند. به همین دلیل مکانیزم به کار رفته در دربهای کامپوزیتی که بعد از جمع شدن ارابهی فرود به کار گرفته شده دارای اهمیت است زیرا در صورتی که در زمان معین جهت فرود یا بلند شدن از زمین باز و بسته نشوند مشکلات قابل توجهی بوجود می-آورند. در این تحقیق جهت رسیدن به یک نتیجه قابل قبول و کاملاً منطقی تمامی قطعات در نرمافزار SolidWorks بر اساس مدل واقعی آنها طراحی شده و سپس بوسیلهی نرمافزار انسیس آنالیز مورد نظر برروی آنها انجام گرفته است. آنالیز در مدت زمان یک ثانیه از نشستن هواپیما برروی باند انجام میشود، زیرا بیشترین سرعت هواپیما در این زمان است که در نتیجهی آن برای اتصالات فلزی مشکلی از نظر شکست بوجود نمیآید، تنها تغییراتی شامل حال قطعهی درگیر میشود که در ادامه به طور مفصل توضیح داده شده است.
بدنهی نیمه تخممرغی دارای مشخصات و ویژگیهای منحصربهفردی بوده که باعث شده اکثر هواپیماهای امروزی از این نوع بدنه استفاده نمایند. تقریباً همه هواپیماهای مسافربری و شکاری دارای این نوع سازه هستند. در بدنه نیمه تخم مرغی نیروها و شوکهای وارده هم بواسطهی سازهی داخلی و هم توسط پوسته تحمل میشوند. در این ساختار در قسمت زیرین هواپیما یک گودی بوجود میآید که باعث میشود فشار ناشی از پرواز بین آن قسمت و پوشش بدنه تقسیم شود. در این حالت فشار از قسمت پوشش بدنه به شدت کاهش مییابد و هواپیما دارای عمری بالاتر خواهد بود. به همین دلیل در طراحی این تحقیق نیز شکل تخممرغی بدنه هواپیما رعایت شده است. در شکل - 1 - مشاهده میکنید که دربها تکمیل کنندهی شکل تخممرغی هواپیما هستند. در مونتاژ انجام شده در شکل - 1 - کلیه قطعات به کار رفته جهت باز و بسته کردن دربها منظور شده و مورد بررسی قرار گرفتهاند. نام تمامی قطعات در جدول - 1 - آمده است.
