بخشی از مقاله
چکیده
کاوشگر مهر محموله راکتی شامل چهار طبقه و یک دماغه است. دو طبقه از این محموله به زیرسامانههاي بازیابی و خدمات تعلق دارد. فضاي داخلی دو طبقه دیگر و دماغه براي استقرار سامانههاي آزمایشی در نظر گرفته شدهاند. این محموله توسط راکت سوخت جامد در مسیري قائم به ارتفاع حدود 100km از سطح زمین رسیده و سپس به کمک سامانه بازیابی به سطح زمین برمیگردد.
گذشته از نیروهاي پایا، ناشی از رانش راکت و ایرودینامیک این عوامل نیروها وشتابهایی با ماهیت اتفاقی نیز به محموله وارد میآورند. تحلیل این عوامل اتفاقی دست کم از دو منظر حائز اهمیت است. نخست آن که تنش حاصل از این بارها در سازه به چه میزان است و دوم آنکه سطح این اغتشاشات در مقاطع حساس سازه چه اندازه است. در این مقاله به کمک دو مدل گسسته و المان محدود به بررسی موارد مزبور پرداخته و مقایسهاي بین نتایج انجام شده است. نتایج چنین تحلیلی به طراح در بهینهسازي دقیق سازه کمک کرده و از سوي دیگر ورودیهاي لازم براي طراحی ایزولاسیون ارتعاشات را در مقاطع حساس سازه فراهم میسازد.
1. مقدمه
راکتهاي کاوش یا کاوشگرها1 ارزانترین راه براي برخی آزمایشات فضایی و ابتداییترین زیرساخت توسعه فناوري فضایی هستند ]ذ.[ یکی از شرایط محیطی که کاوشگرها همانند دیگر سامانههاي هوافضایی باید هنگام پرواز تحمل نمایند بارهاي ناشی از شتابهاي اتفاقی است. بارهاي اتفاقی یا ناشی از احتراق موتور و یا ناشی از آیرودینامیک ناپایا هستند. در این مقاله کاوشگر مهر تحت اثر بارهاي اتفاقی ناشی از موتور در امتداد طولی مورد مطالعه قرار میگیرد.
کاوشگر مهر یکی از کاوشگرهایی است که در پژوهشگاه هوافضا به منظور تست زیرسامانههاي فضایی طراحی شده است. سازه کاوشگر مهر داراي چهار بدنه و یک دماغه است. دو بدنه به طول 400 میلیمتر و دو بدنه دیگر به طول 600 میلیمتر هستند. این بدنهها در بردارنده زیرسامانههاي آزمایشی یکم و دوم و زیرسامانه خدمات و همچنین زیرسامانه بازیابی هستند. دماغه به طول 930 میلیمتر است. در شکل - 1 - نماي انفجاري کاوشگر مهر نمایش داده شده است.
شکل .1 شمایی از سازه بدنهها و دماغه کاوشگر مهر
بدنهها داراي ساختاري مشابه با طولهاي متفاوت هستند. این ساختار شامل رینگهاي بالا و پایین، پوسته و تیرکهاست که در شکل 2 این ساختار به صورت انفجاري نمایش داده شده است.
شکل .2 شمایی از ساختار بدنههاي کاوشگر مهر
دماغه یک پوسته مخروطی با کلاهکی کروي در نوك است که در قاعده آن یک رینگ اتصال تعبیه شده است. جنس انتخاب شده براي مجموعه سازه آلومینیوم است و اتصال اجزاي هر بدنه با جوش انجام میشود. جرم بدنهها و تجهیزات داخلی آنها به تفکیک در جدول - 1 - آورده شده است.
جدول .1 مشخصات جرمی کاوشگر مهر - کیلوگرم -
به غیر از تجهیزات داخلی بدنه بازیابی که بر سقف بدنه نصب میشود، دیگر تجهیزات داخلی در میانه بدنه بر روي یک سینی قرار میگیرند که سینی به تیرکها متصل میشود.
2. مدلسازي گسسته و المان محدود
مدلسازي این سیستم براي مطالعه ارتعاشات تحریک پایه با دو مدل گسسته جرم و فنر و مدل المان محدود تیر در محیط انجام شده است تعداد المانهاي این مدل 14 المان در نظر گرفته شده است. شمایی از مدلهاي گسسته و پیوسته در شکل - 3 - نمایش داده شده است.
شکل .3 مدلسازي جهت آنالیز ارتعاشات پایه - آ - مدل کسسته، - ب - مدل المان محدود با المان تیر
جرمها در مدل گسسته با توزیع سرانگشتی جرم بدنههاي در محل نصب تجهیزات داخلی و افزودن آن به جرم تجهیزات داخلی به دست آورده شدهاند. در محاسبه سختی فنرها در امتداد طولی نیز از رابطه l k EA استفاده شده است. پس از تشکیل ماتریسهاي جرم و سختی براي ارتعاشات طولی فرکانسهاي طبیعی براي مدل گسسته و در محیط براي مدل المان محدود به دست آورده شده است که نتایج آن در جدول - 2 - آورده شده است. شایان ذکر است که جرم تجهیزات داخلی و رینگهاي اتصالی در مدل المان محدود به صورت متمرکز در نقاط سیاه رنگ که در شکل 3 - ب - دیده میشود، فرض شدهاند. نتایج جدول - 2 - سازگاري خوبی بین دو مدل مزبور به ویژه در فرکانسهاي پایین نشان میدهد.
