مقاله طراحی و تحلیل روبات بازرس سازه ی بال هواپیما

بخشی از مقاله

خلاصه

بال هواپیما حساسترین و موثرترین قسمت هواپیما محسوب میشود؛ بههمین دلیل شناسایی عیوب سازهی بال هواپیما مهمتر از سایر بخشهای هواپیما بوده و میتواند نقش موثری در جلوگیری از بروز بسیاری سوانح هوایی داشته باشد.

در تحقیق حاضر، طراحی و تحلیل نوعی سازهی روبات کارتزین ارائه شده است که وظیفهی آن حمل دوربین رادیوگرافی و سازهی بال هواپیما بهمنظور ایجاد امکان عکسبرداری از عیوب سازهی بال است. پس از بررسیهای بهعمل آمده، روبات کارتزین - گانتری - بهدلیل سادگی و دقت بالا و تامین الزامات کاربری، بهعنوان گزینهی مناسب طراحی انتخاب شد؛ سپس به ارائهی یک مدل پیشنهادی برای سازهی روبات پرداخته شد و پس از ارائه ویژگیهای طرح موردنظر، در نرم-افزار آباکوس به طراحی و تحلیل فرکانسی آن، بهمنظور شناسایی فرکانسهای اصلی سیستم و پیشگیری از وقوع پدیدهی تشدید، پرداخته شد.

.1 مقدمه

بهطور کلی، تمامی سازهها و قطعات صنعتی در دورهی کارکرد خود باید در محدودهی عملکرد استانداردی باشند. این در حالی است که گاهی عوامل محیطی و مخرب موجود میتواند آثار مخربی بر عمر و سلامت سازه یا قطعهی مورد نظر داشته باشند. از نتایج برخی از این آثار مخرب میتوان به جوانهزنی و رشد ترک در سازه اشاره کرد که در صورت بارگذاری و شرایط محیطی مخرب میتواند به واماندگی کامل سازه منجر شود.

چنانچه این معایب پدیدار شوند، هزینهای سنگین و گاه جبرانناپذیر برجای خواهند گذاشت؛ بههمین منظور، برای پیشبینی و جلوگیری از رخداد این معایب، سامانههای پایش سلامت سازه استفاده میشوند. روباتهای بازرس نمونهای از ابزارهای مورد استفاده برای پایش سلامت انواع سازه هستند. سازه مورد بررسی در این مقاله بال هواپیماست زیرا بال هواپیما حساسترین و موثرترین قسمت هواپیما محسوب میشود به همین دلیل شناسایی عیوب سازه بال هواپیما مهمتر از سایر بخشهای هواپیما بوده و میتواند نقش موثری در جلوگیری از بروز بسیاری سوانح هوایی داشته باشد.

بهدلیل اینکه سازه ربات مورد بررسی تحت نیروی محرکه دو موتور DC قرار دارد و ممکن است دچار پدیده تشدید شود؛ بنابراین تحلیل فرکانسی آن اهمیت ویژهای پیدا میکند. در این مقاله هدف طراحی و تحلیل سازهای نوعی ربات کارتزین توسط نرمافزار آباکوس و با روش اجزا محدود بهمنظور تسهیل بررسی عیوب سازهای بال هواپیماست

مهمترین مزیت رباتهای کارتزین ثبات بالا و دقت زیاد، سادگی طراحی و عملکرد و ارزان بودن است و بهمنظور پایش سلامت سازه بال، بهترین گزینه به حساب میآید. تحقیقات بسیاری پیرامون توسعهی رباتهای بازرس صورت گرفتهاست؛ از جمله توسعهی سیستمهای روباتیکی بازرس آبی[1] ، سیستم روباتیکی چرخدار بالارونده از کابلهای استوانهای شکل در پلهای معلق[2]، انواع سیستمهای روباتیک خودکار بهمنظور بازرسی لوله[3]،[4] ،[5]،.[6] همچنین تحقیقات مختلفی پیرامون تحلیل سفتی و استحکام روباتها صورت گرفتهاست؛ مانند تحلیل ارتعاشی فرکانسهای انواع بازوهای روباتیکی با کاربری-های گوناگون

.2 طراحی سازه و پیکربندی

به منظور پایش سلامت سازه بال هواپیما نیاز به سیستمی است که علاوه بر حمل دوربین رادیوگرافی سازه، قابلیت ایجاد حرکت حداقل در دو راستای x و y را داشته باشد تا دوربین رادیوگرافی بتواند تمام نواحی بال را تحت پوشش قرار داده و اسکن کند. بدین منظور و با توجه به انواع رباتهای صنعتی؛ ربات کارتزین - گانتری - نزدیک ترین مورد برای طراحی سازه ربات مورد نظر است.

به منظور ایجاد مدل نرمافزاری، هر جزء ربات بایستی توسط قطعات صلب و مودهای الاستیکی نمایش داده شود و هر مود بایستی بصورت سه بعدی خود را نشان دهد. اجزای ربات از هفت جزء بهصورتی که در شکل1 نشان داده شده، تشکیل شده است. اجزای ربات شامل چارچوب، سنجنده، بازوی نگهدارنده سنجنده، رابط، میز ثابت، میز متحرک، ارابهی عرضی، ارابهی طولی، موتور عرضی، موتور طولی و سازه - بال - است که توضیحات آنها در زیر آمده است.

شکل-1 طرحوارهی اجزای ربات

·    چارچوب یا قاب: اجزاء چارچوب از قطعاتی ایجاد شده که حاملها روی آن سوار شده و هر چهار پایهی آن روی زمین بهصورت ثابت و غیرقابل حرکت نصب شدهاند. در قسمت بالای این سازه دو مسیر موازی برای هدایت بازو در جهت y تعبیه شده است. فرض بر این است که تمام قطعات سازه بهصورت کاملا محکم به هم متصل شده و هیچگونه اصطکاک و بهتبع هیچگونه اثر غیرخطی در تحلیل ارتعاشاتی سازه وجود نخواهد داشت.

·    سنجنده: دوربین رادیوگرافی که وظیفه اسکن سازه - بال - را برعهده دارد.

·    بازوی نگهدارندهی سنجنده: قطعه استوانهای شکلی که در صفحهی بالایی سازه و در راستای Z قرارگرفته و وظیفه حمل دوربین رادیوگرافی را برعهده دارد. بازو قابلیت حرکت در راستای X و Y را داراست.

·    میز ثابت: صفحهای قرار گرفته میان قاب میانی سازه تا بال بتواند روی آن قرار بگیرد.

·    میز متحرک: میزی قرارگرفته روی میز ثابت که وظیفه جابهجایی و انتقال بال را در راستای Y برعهده دارد.

·    ارابهی عرضی: به حامل X ای گفته میشود که در راستای X حرکت میکند و توسط مسیرهای حامل Y پشتیبانی میشود. این جزء هنگام فعال شدن موتور عرضی توسط یک پیچ هدایت به حرکت درمیآید.

·    ارابهی طولی: به حامل Y ای گفته میشود که در راستای Y حرکت میکند و توسط چارچوب پشتیبانی شده و در عوض حاملهای X را پشتیبانی میکند. این جزء هنگام فعال شدن موتور طولی توسط یک پیچ هدایت به حرکت درمیآید.

·    سازه - بال - : سازهای که روی میز ثابت قرارگرفته و مورد اسکن سنجنده قرار میگیرد.

با استفاده از نرم افزار Abaqus، اجزای اصلی سازه ربات که در آنالیز مودال تاثیر بسزایی دارند، با ابعاد واقعی بصورت سه بعدی مطابق شکل2 مدل شده است.

شکل -2 نمای کلی سازه ربات در نرمافزار آباکوس

در این مدل، قاب اصلی ربات به صورت تیرهای مکعبی تو خالی، صفحه ثابت و متحرک ربات بصورت ورق دم چلچلهای قرار گرفته در میانه قاب، بازو بصورت استوانهی متصل به تیر میانی قاب و دوربین بصورت جسم صلب متصل به بازو، طراحی شده است.