بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به پتانسیل توسعهپذیری و افزایش عملکرد هلیکوپترهای سبک، تحلیل عددی جهت بهینه سازی ساخت پره یک هلیکوپتر سبک تک سرنشین با لحاظ فاکتورهایی نظیر هزینه و وزن پایینتر و افزایش عملکرد، هدف قرار گرفته است. تمرکز ما در طی این پژوهش برتحلیل عددی پره ملخ اصلی یک مدل هلیکوپتر سبک AW/95 است که پتانسیل بهره وری و بهینهسازی بالایی را در صنعت هلیکوپترسازی سبک دارا میباشند. پیش از فرایند ساخت، برآورد نیروهای آیرودینامیکی و سازهای وارد بر پره الزامی است. در رویکرد ایرودینامیکی از ایرفویل Naca0012 با انحنای پره ملخ اصلی 8 درجه از ریشه تا نوک پره بهره گرفته شده و در رویکرد سازهای پیکربندی اجزای داخلی و انتخاب جنس پرهها مطرح شده است.
به منظور کاهش هزینهها با حفظ عملکرد ایرودینامیکی پره، ساخت آن از جنسی متفاوت با دیگر مدلها امکان سنجی شده و به کمک نرمافزارهای Abaqus 6.13-4 و Solidworks Simulation 2014 و Fluent 6.3.26 مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل خمش پره با نتایج تجربی نمونه آزمایشی پره مقایسه شده است. همچنین ارزیابی دامنه فرکانسهای طبیعی پره و تحلیل آئرودینامیکی پره در جریان باد و بدست آوردن Lift و خستگی روی پره انجام شده است. از نتایج این تحلیل در انتخاب جنس و ساخت نهایی پره کامپوزیتی ملخ اصلی با لحاظ اهدافی چون ساخت و تولید با هزینه کمتر، ایجاد آسان انحنای پره و دسترسی ارزان به منابع موجود، برای اولین بار در کشور استفاده شده است.
مقدمه
در حال حاضر در کشور ما هلیکوپترهای سنگین و نیمهسنگین کاربرد وسیعی دارند. بالاتر بودن هزینههای این مدل هلیکوپترها مثل هزینه سوخت و تعمیر و نگهداری نسبت به مدلهای سبکتر بدیهی است. استفاده از هلیکوپترهایی سبکتر برای انجام کارهایی که نوع سنگین یا نیمهسنگین قادر به انجام آن هستند، موجب صرفهجویی در هزینهها خواهد بود. یکی از نخستین شرکتهایی که برای ساخت هلیکوپترهای فوق سبک در تاریخ مطرح است شرکت ادام - ویلسون1 در سال 1958 میلادی میباشد.
هلیکوپتر 2 AW/95 شرکت ای بی هلیکوپترز3 یک هلیکوپتر سبک تکنفره کوچک بود که ساختار سازهای روباز داشت و توسط عموم افراد حتی در خانه قابل ساخت است. اهداف ساختی و کارکردی این هلیکوپتر به خوبی رویای افراد را برای پرواز با هلیکوپتر و گشتزنی با آن حول یک زمین زراعتی به قصد تفریح یا دیگر کاربردها برآورده میسازد. جنس پرههای ملخ اصلی و ملخ دمی تمامی هلیکوپترهای AW/95 از آلومینیوم بوده و از ایرفویل Naca0012 در ملخ اصلی آن استفاده شده است.
در راستای هدف کلی ساخت یک هلیکوپتر سبک تک سرنشین، رویکرد ما کاهش هزینهها با حفظ بهترین عملکرد در ساخت چنین پرندهای است. هلیکوپتر AW/95 پتانسیل تغییرات گستردهای را در خود داشته و بهینه سازی اجزا و ساختار آن مورد بررسی است. یکی از اصلی ترین تغییرات مربوط به بهینه سازی پرههای ملخ اصلی هلیکوپتر AW/95 می باشد. در ابتدا پیش از انتخاب جنس و ساخت نمونه نهایی پره، ساخت نمونه آزمایشی و تحلیل عددی جهت برآورد نیروهای آیرودینامیکی و اثرات متقابل سازه ای ضروری است.
مدلسازی و مونتاژ پره
در این قسمت به مدلسازی پره پرداخته و با در کنار هم قرار دادن پره و اسپار آن به مونتاژ آن میپردازیم. قبل از هرگونه تحلیل و شبیهسازی می بایست مدلسازی با نمونه اولیه پره که برای شماری تست تجربی ساخته شده است، مطابق باشد. در شکلهای 1 الی 3 مراحل مختلف مونتاژ پره آورده شده است. در این مدلسازی اسپار پره از جنس فولاد کرس در نظر گرفته شده که بجای اسپار لوله ای در داخل پره جاسازی شده است.
مشبندی
شکل 5 مدل شبیه سازی شده در Gambit
شکل6 مشبندی اطراف بلید را نشان میدهد که تولید مش صورت گرفته در نزدیکی بلید ریزتر می باشد، زیرا پارامترهای مهم فیزیکی مدنظر اطراف آن می باشد. از طرفی یک شبکه با سلولهای چهارضلعی به درستی نمیتواند سطح بلید را بپوشاند. بنابراین ما از سلولهای مثلثی شکل استفاده کردیم زیرا قاعده مثلثها به خوبی میتواند سطح پره را پوشش دهد. شکل6 نمایی از حالت مش بندی در Gambit را نشان میدهد.
تحلیل آئرودینامیکی
شکل 7 نمودارهای در حال تکرار باقیمانده کوچک، لیفت، درگ و گشتاور پیچشی حاصل از تحلیل عددی پره را نشان میدهد که برای 1000تکرار در نظرگرفته شده است.
