بخشی از مقاله
چکیده
هلیکوپترهای سنگین و جدید امروزی تولد و ترقی روز افزون خود را مرهون ساخت، توسعه و رفع عیب هلیکوپترهای سبک و فوق سبک هستند. هلیکوپترهای سبک سریعتر عمل کرده و در پرواز درجا و رو به جلو، راندمان قابل قبولی را دارند. در ساخت هلیکوپترها هزینه و وزن پایینتر، دسترسی آسانتر به منابع ساختی و افزایش عملکرد، فاکتورهایی مهم قلمداد میشوند. استفاده از هلیکوپترهای سنگین در جایگاهی که رفع نیاز با نوع سبک امکانپذیر میشود، باعث اتلاف هزینه است. تمرکز ما در طی این پژوهش بر تغییرات اعمال شده بر پرههای ملخ اصلی این مدل هلیکوپتر است.
طراحی و ساخت پره مستلزم لحاظ رویکرد ایرودینامیکی و سازهای با در نظر داشتن محدودیتهایی از جانب شرایط پروازی درجا و روبه جلو است. جنس انتخاب شده برای پرهها در قالب کامپوزیتی مشتمل بر چوب چندلایه راش، افرا و الیاف پارچهای بوده که تمامی اتصالات با چسب رزین اپوکسی برقرار میشود. به کارگیری این ساختار، با لحاظ اهدافی چون ساخت و تولید با هزینه کمتر، ایجاد آسان انحنای پره و دسترسی ارزان به منابع موجود جهت ساخت و همچنین تولید پره با این ابعاد و با این روش برای اولین بار در کشور، میباشد. نتایج نشان میدهد که این پره از لحاظ تولید مقرون به صرفه بوده و بعنوان پایهای مناسب برای تولید و تست بلید در هلیکوپتر و با تغییراتی برای توربین بادی نیز مناسب میباشد.
مقدمه
بسیار قبلتر از این که پرواز با بالهای ثابت به حقیقت بدل شود، مفهوم و ایده بالهای چرخان شناخته شده بود. طرح اصلی ساخت هلیکوپتر و پره را برای اولین بار چینیها در 400 سال بعد از میلاد برای ساخت اسباب بازی فرزندانشان با پرهایی که در یک انتها آراسته شدهاند، به کار بردند و تاریخ نشان میدهد که اسباب بازیهای بالداری که تداعیگر ملخ هلیکوپترها بودند در قرن چهاردهم ساخته شدهاند و همان زمان بود که لئوناردو داوینچی طرح مارپیچی خود را ارائه کرد. طرح مارپیچی وی طرح یک ایرفویل منحنی شکل بود که تداعیگر رزوههای یک پیچ بود.
اولین ایرفویلهایی که در تاریخ برای پرههای هلیکوپترها مورد استفاده قرار گرفتند ایرفویلهایی متقارن بودند. استفاده از ایرفویلهای غیر متقارن در ابتدا توام با پایین بودن سفتی پیچشی و تصادفات و آسیبهای زیادی بود و همین باعث شد تا مدت زیادی از ایرفویلهای غیر متقارن استفاده نشود. با بهرهگیری از محاسبات کامپیوتری و پیشرفتهای روز افزون آن در جهت طراحی ایرفویلها راه برای استفاده از ایرفویلهای غیرمتقارن هموار شد و پس از آن با پیشرفت در ساخت پرهها، امکان ساخت پرههای ملخ اصلی با ایرفویلهایی که در طول پره تغییر مقطع بدهند، فراهم آمد. در دهه 1990 توسعه و ساخت پرههایی با هندسه متغیر آغاز گشت. هدف از این تغییرات مقابله با اثرات صوتی در سمت لبه پیشرو و استالدر سمت پره بازگشتی است. در دهه2000 نیز توسعه فلپهای گرنی1 و همچنین لحاظ تاثیرات زمانی در طراحی ایرفویلها - ایرودینامیک ناپایا - در خور توجه است.
مشخصات و انواع ایرفویل
به هرسطحی که از درون هوا عبور داده شود و تولید نیروی برآیی - لیفت - بیش از پسا - درگ - در زاویه حملهای خاص کند، ایرفویل گفته میشود. ایرفویلها عموما مرتبط با تولید برآ شناخته میشوند هرچند که برای کاربردهایی نظیر کنترل، تعادل یا تولید جلوبرندگی نیز به کار گرفته میشوند. برخی از ایرفویلها مثل پرههای ملخ هلیکوپتر همزمان عملکردهای گوناگونی را برعهده دارند. پرههای ملخ اصلی و ملخ دمی هلیکوپتر ایرفویل بوده و هوا مجبور میشود از سطوحشان عبور کند، زیرا به کمک نیروی محرکه موتور پرهها از درون هوا عبور داده میشوند. زمانی که هوا حول ایرفویلها گذر میکند نیروهای ایرودینامیکی تولید شده و هلیکوپتر پرواز میکند. در شکل 1 یک ایرفویل نشان داده شده و چندین ویژگی هندسی آن نیز به تصویر کشیده شده است.
شکل 1پارامترهای هندسی یک ایرفویل یکی از موثقترین منابع و وسیعترین پایگاه اطلاعاتی ایرفویلها، توسط سازمان ناکا در سالهای بین 1930 تا 1950 منتشر شده است. بنابر اطلاعات منتشر شده، ایرفویلهای ناکا را میتوان در قالب چند گروه به شرح زیر بررسی کرد:
· ایرفویلهای سری 4 رقمی ناکا2
· ایرفویلهای سری 5 رقمی ناکا
· ایرفویلهای سری 6 ناکا
· ایرفویلهای سری 7 و8 و سری 16
همانطور از اسمها پیدا است، کد ایرفویلهای چهار رقمی از چهار رقم تشکیل شده است.
اجزای سازنده بالگرد-سیستم ملخ اصلی
برای هلیکوپترها پیکربندیهای مختلفی وجود دارد. پیکربندیهایی شامل دو ملخ هم محور یا دو ملخ در جلو و عقب نمونههایی از این پیکربندیها هستند. اما محبوبترین طرحی که تقریبا به طور جهانی مورد قبول واقع شد، طرحی است که دارای یک ملخ اصلی منفرد3 میباشد - هلیکوپترهای تک ملخ - و نیروی برآ و جلوبرندگی لازم را تامین کرده و همچنین دارای یک ملخ عمودی کوچک روی دم به منظور جبران گشتاور ملخ اصلی است. رویکرد ما در این پژوهش روی شناسایی، طراحی ابعادی و ساخت ایرفویل 4 رقمی ناکا0012 میباشد.
ایرفویلهای 4 رقمی از قدیمیترین و سادهترین ایرفویلهای ناکا میباشند. در ایرفویلهای چهار رقمی، رقم اول نشان دهندهی حداکثر خمیدگی بر حسب صدم طول وتر است. دو رقم بعدی در برگیرندهی محل حداکثر خمیدگی بر حسب دهم وتر است. رقم آخر نیز ماکزیمم ضخامت ایرفویل را برحسب صدم طول وتر نشان میدهد. در صورتیکه رقم اول صفر باشد، ایرفویل متقارن خواهد بود. برای مثال مقطع NACA1408 را در نظر میگیریم. - شکل ظاهری این ایرفویل در شکل 2 آمده است. - حداکثر خمیدگی این ایرفویل 1 درصد طول وتر است. محل حداکثر خمیدگی نیز به اندازهی40 درصد طول وتر از لبهی حمله فاصله دارد و ضخامت آن به اندازهی 8 درصد طول وتر خود، میباشد. این ایرفویلها الزامات ساخت مناسبی دارند، ولی در مقایسه با ایرفویلهای جدید، درگ بالایی دارند.
شکل 2 ایرفویل های سری 4 رقمی ، 5 رقمی و سری 6 ناکا
ایرفویلهای 4 رقمی ناکا
ایرفویلهای 4 رقمی از قدیمیترین و سادهترین ایرفویلهای ناکا میباشند. در ایرفویلهای چهار رقمی، رقم اول نشان دهندهی حداکثر خمیدگی بر حسب صدم طول وتر است. دو رقم بعدی در برگیرندهی محل حداکثر خمیدگی بر حسب دهم وتر است. رقم آخر نیز ماکزیمم ضخامت ایرفویل را برحسب صدم طول وتر نشان میدهد. در صورتیکه رقم اول صفر باشد، ایرفویل متقارن خواهد بود. برای مثال مقطع NACA1408 را در نظر می گیریم. - شکل ظاهری این ایرفویل در شکل1 آمده است. - حداکثر خمیدگی این ایرفویل 1درصد طول وتر است. محل حداکثر خمیدگی نیز به اندازهی40 درصد طول وتر از لبهی حمله فاصله دارد و ضخامت آن به اندازهی 8 درصد طول وتر خود، میباشد. این ایرفویلها الزامات ساخت مناسبی دارند، ولی در مقایسه با ایرفویلهای جدید، درگ بالایی دارند.
معادله - - 1 معادله 4 رقمی ایرفویل متقارن NACA را بیان میکند. - فرمول برای شکل ایرفویل NACA 00xx که "XX" توسط درصد ضخامت به وتر جایگزین شده است. -
