بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از انجام این پروژه، تحلیل وطراحی پوسته هواپیمای مشخص در محل خروجی نازل پاشش آب به منظور تبدیل به هواپیمای آتشنشان میباشد. برای فرایند تحلیل، با مدلسازی سازه هواپیما در نرم افزارAbaqus درناحیه جایگذاری مخازن آب و اعمال بارگذاری در حالتهای حداکثر فشار طراحی و اعمال نیروی عکس العمل ناشی از پاشش آب بر روی آن، نیروهای وارد بر پوسته و اجزاء آن شامل استرینگرها و فریم ها محاسبه شده است و سپس با اعمال cut out و طراحی doubler و stiffenerدر اطراف cut out به تحلیل مجدد پرداخته شده است و با شرایط قبل از آن که بدون cut out بوده مقایسه می شود، با توجه به نتایج حاصله از این دو حالت، ، مشاهده گردید که طراحی doubler وstiffener در اطراف cut out، پاسخگوی استحکام لازم این اجزاء برای ماموریت آتش-نشان هوایی میباشد.
-1 مقدمه
آتشنشان هوایی به استفاده از هواپیما یا سایر وسایل پرنده اعم از بال ثابت و بال گردان - هلیکوپتر - برای مبارزه با آتش و مهار آن گفته میشود. هواپیمای آتشنشان با روشهای مختلف از آب و مواد لازم برای اطفاء حریق پرشده و سپس در محل آتش، آب یا ترکیبی از مواد لازم را بر روی آتش در موقعیت مناسب تخلیه مینماید.اصطلاحاً به هواپیمای آتش-نشان، تانکرهوایی یا بمبافکن آبی نیز گفته میشود.
هواپیمای آتشنشان مجهز به مخازنی است که میتواند بر روی زمین در یک فرودگاه پرشود و یا از آب دریاچهها و رودخانه های بزرگ - مانند هواپیماهای دوزیست - استفاده کند.در سال 1971 برای اولین بار ایده استفاده از هواپیمای C-130 بعنوان آتشنشان هوایی مطرح گردید. نمونه اولیه شامل 2 عدد مخزن آب بود، هر یک به گنجایش 500 گالن، که بوسیله کمپرسور هوا در فرودگاه تحت فشار قرار میگرفتند و توسط زنجیر-هایی مهار میشدند. برای این سیستم دو لوله 14 in درنظرگرفته شده بود.پس از موفقیت طرح 2 تانکی، طراحان استفاده از 5 تانک، به منظور پوشش بهتر سطح زمین را پیشنهاد دادند.
در این طرح نازلها به صورت موازی با پانل کف هواپیما قرار گرفتند و قطر نازلها از14 in به16 in افزایش یافت و نازلها از درب رمپ خارج شدند. کمپانی بین المللی هواپیمایی اورگرین دست به اقدام جسورانهای زد و با تغییر کاربری یک فروند هواپیمای باربری بوینگ 747 که به تعبیر خودش یک انقلاب بزرگ در زمینه آتشنشان هوایی بود بزرگترین آتشنشان هوایی دنیا را تولید نمود.
این هواپیما نه تنها به جنگ آتش بلکه به جنگ هزینه ها نیز رفت. این هواپیما توانایی حمل 78000 لیتر مواد ضدحریق را دارد و از این حیث در رتبه نخست در بین تمامی هواپیماهای آتشنشان قرار میگیرد. سیستم پاشش در این هواپیما از نوع تحت فشار بوده که به آن اجازه پرواز در ارتفاع پروازی بالاتر را میدهد. همچنین هواپیما توانایی پاشش چند مرحلهای را داشته که به آن اجازه پاشش در چند منطقه آتشسوزی در یک ماموریت را میدهد. این سیستم شامل 10 عدد مخزن آب و 8 عدد مخزن سیستم فشار بالا و 2 عدد مخزن فشار پایین میباشد.
چیدمانی سازه کف این نوع هواپیما مطابق شکل1شامل المانهای زیر است: صفحه کف تیرهای عرضی ریلهای طولی تقویت کننده های عمودی
شکل-1چیدمانی سازه کف هواپیمای مسافربری
-2اطلاعات ماده:
جنس ماده در سازه هواپیمای توپولف-154 در تیرهای عرضی - - Beam و پوسته - - Skin و فریمها - - Frame و تقویت کنندههای عمودی - - Strut و استرینگرها - - Stringer آلیاژ آلومینیم 2024-T3 با مدول الاستیک 73084 - Mpa - و =400 - Mpa - میباشد و در ریلهای - - Rail طولی آلیاژ آلومینیم 7075-T6 با مدول الاستیک 71705 - Mpa - و =510 - Mpa - میباشد و ضریب پواسون در تمام مواد 0.33 در نظر گرفته شده است.
-3 مروری بر مطالعات صورتگرفته در زمینه روش المانمحدود بر روی سازه هواپیما:
تحلیل مهندسی به کمک کامپیوتر که اساس روش المان محدود - F.E - میباشد در زمینه شبیه سازی عددی برای طراحی هواپیما بکار میرود و اهمیت کاربردی مهمی پیدا کرده است به طوریکه باعث بهبودکیفیت ساخت وکارایی وکاهش هزینه ساخت وکوتاهشدن سیکلهای طراحی می شود
مدلسازی المانمحدود شامل اطلاعات پیشپردازش است که برای تحلیل المانمحدود بکار میرود. دقت محاسبات در روش المانمحدود به مرتبه تقریب خواص فیزیکی مدل و واقعی بودن سازه بستگی دارد. بنابراین بکارگیری یک مدل المانمحدود صحیح و معقول مهمترین بخش برای انجام آنالیز المانمحدود میباشد، لذا مدلسازی المانمحدود با کیفیت بالا در سازه هواپیما با استفاده از تکنیکهای المانمحدود از اهداف مهم قرار گرفته است.
انتخاب نوع المانها بسیار مهم است. در واقع انتخاب صحیح و مناسب المان میتواند زمان محاسبه و راندمان محاسبه را بهبود ببخشد. بطوریکه یک انتخاب بد المان ممکن است بر روی نتایج محاسبه تاثیر بگذارد. بطور مثال اسپار کپ - Sparcap - ،ریب کپ - - Ribcap، استرینگر - - Stringer که نیروی محوری تحمل میکنند بایستی بصورت المان میله در نظرگرفته شوند که اصطلاحا المانهای یکبعدی شناخته میشوند ولی اسپاروب - - Sparweb و ریب وب - Ribweb - و پوسته - - Skin که بارهای برشی را تحمل میکنند، بصورت المان پوستهای در نظرگرفته میشوند که اصطلاحا المانهای 2 بعدی شناخته میشوند.
تئوری المانبندی در المانمحدود بسیار کامل شده است و المانهای 4 ضلعی با کیفیت بالا در بیشتر مناطق انتخاب میشوند و بصورت موضعی در برخی مناطق از المانهای 3 ضلعی استفاده میشود. [4] مدیریت و پردازش اطلاعات مدل المانمحدود سازه هواپیما برای المانهای یک بعدی و دو بعدی مطابق با شکل2 انجام میشود.
با توجه به اینکه المانهای یک بعدی برای المانهای راد استفاده میشود لذا بایستی نقاط ابتدا و انتهای آنها مشخص شود و سپس سطح مقطع از پیش تعیین شده به آن راد اختصاص داده شود وبرای المانهای دو بعدی که برای المانهای پوستهای استفاده میشود بایستی ضخامت پوسته و تقسیم بندی سطوح بصورت مطلوب اعمال شود تا در حد ممکن از المانهای چهار ضلعی استفاده شود مگر در گوشههای سطوح که ناگزیر از المانهای سه ضلعی استفاده میشود و نیز خواص ماده نظیر مدول الاستیسیته و ضریب پواسون و چگالی اعمال شود.
شکل-2فرآیند پردازش اطلاعات المانمحدود برای سازه هواپیما
