دپارتمان مهندسی مکانیک ایران

انجمن مهندسی مکانیک

انجمن تست های غیر مخرب

انجمن علمی مهندسی پزشکی

انجمن بیومکانیک

آموزش تعمیر تجهیزات پزشکی

آموزش تعمیرات تجهیزات پزشکی

دوره های مهندسی پزشکی

دوره های آموزشی مهندسی پزشکی

انجمن مهندسی پزشکی

آموزش تعمیر تجهیزات دندانپزشکی

آموزش بازرسی جوش

آموزش پایپینگ


             
حليل و طراحي شناور كمكي كامپوزيتي هواپيماي دوزيست
نوشته شده توسط احسان ممنون   
شنبه ، 12 مرداد 1392 ، 02:29

Email: آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسكریپت دارید
Website: www.isme.ir
1 ................................ مهندسي مكانيك / شماره 77 / سال بيستم 1390
33
مقاله
تحليل و طراحي شناور كمكي كامپوزيتي
هواپيماي دوزيست
علي رستمي، دانشجوي كارشناس ارشد، دانشگاه جامع امام حسين (ع)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسكریپت دارید
سيدمحسن محسني شكيب، استاديار دانشكدة فني مهندسي، دانشگاه جامع امام حسين (ع)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسكریپت دارید
داود طاهري فر، كارشناس ارشد، دانشگاه جامع امام حسين (ع)
آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسكریپت دارید
چكيده
در اين مقاله نحوة محاسبات بارگذاري و طراحي سازة كامپوزيتي شناور كمك ي 1 هواپيماي
مطرح شده است. بارهاي وارد بر شناور كمكي اين هواپيما براساس آيي ن نام ة L دوزيست 8
JAR-23 2 محاسبه مي شود و برمبناي بارگذاري به دست آمده، چيدمان اجزاء ساز هاي آن انجام
شده است. در نهايت با تحليل شناور كمكي در نرم افزار المان محدود آباكوس استحكام آن در
برابر بارهاي بحراني بررسي شده است.
واژه هاي كليدي: شناور كمكي، هواپيماي دوزيست، كامپوزيت، تحليل عددي
مقدمه
بيش از 75 درصد از سطح زمين را آب فراگرفته است.
اين در حالي است كه ضرورت ارتباط و تعامل ميان
جوامع بشري باعث شده است كه هر روزه درخصوص
حمل و نقل تلاش هاي بسياري انجام شود و انواع
گوناگوني از وسائل حمل ونقل همچون هواپيماها،
كشتي ها، قطارها و ... با فناوري هاي روز ساخ ته و
عرضه شوند. استفاده از هواپيماها به سبب سرعت در
جابه جايي حائز اهميت است، اما از طرف ديگر هزينة
بالا در اين نوع مسافرت سبب شده است تا متخصصان
به راه هاي ديگري نيز بيانديشند. كشتي ها كندترين
وسيلة تردد محسوب ميشوند. توجه به اين دو وسيله
(هواپيما و كشتي)، مهندسان و متخصصان عرصة
ساخت شناورهاي تندرو را بر آن داشته است تا به
طراحي انواع ديگري از وسائل هوايي – دريايي
بپردازند. حاصل اين تلاش نيز توسعة انواع شناورها،
قايق هاي تندرو، شناورهاي اثر سطحي 3 و هواپيماهاي
دوزيست بوده است.
Archive of SID
www.SID.ir

تاريخچة ساخت اين نسل از هواپيماها به نيمة اول قرن
بيستم ميلادي بازمي گرد د. در آن دوران ب ه دليل نبود
باندهاي پرواز مناسب، آب گزين ة مناسبي براي فرود
هواپيماها، به ويژه براي انواع هواپيماهاي سنگين، به شمار
مي رفت و همين امر انگيزه اي براي توسع ة هواپيماهاي
آب نشين شد. در طول جنگ جهاني دوم نيز اين دسته از
هواپيماها ب هدليل نقش مؤثرشان در لجستيك و پشتيباني
و نيز نجات جان افراد مورد توجه قرار گرفت . امروزه
اين هواپيماها به سبب توانايي در انجام م أموريت هايي
نظير اطفاي حريق و حم لونقل هوايي در مناطق
صعب العبور اهميت خود را حفظ كرده اند.
هواپيماي دوزيست وسيلة پرنده اي است كه قابليت
نشست و برخاست روي سطح آب و زمين را دارد و
مي تواند با استفاده از شكل خاص بدنة خود ، روي آب
شناور نيز بماند.
[3] L شكل 1. هواپيماي دوزيست هشت نفرة 8
معمولاً هواپيماهاي دوزيست، پيچيد ه تر، گران تر،
سنگين تر، كندتر و، د ر سروي س دهي، پرهزينه تر از
هواپيماهاي زمي ننشين اند. با اي نحال با انواع
هليكوپترهايي كه براي مأموريت هايي مشابه استفاده
مي شوند، رقابت خوبي دارند. هواپيماهاي دوزيست
نسبت به هليكوپترها برد بيشتري دارند و مي توانند به
برد يك هواپيماي زمين نشين نيز دست يابن د. اين
موضوع سبب شده است كه هواپيماهاي دوزيستي
چون هواپيماي گرومن آلباتروز 4 و شاين مايا يو. اس 51
براي مأموريت هاي نجات هوايي - دريايي مناسب
باشند. از جمله مأموريت هايي كه براي هواپيماهاي
دوزيست مي توان متصور شد، عبارت است از:
عمليات تجسس و نجات 
حمل بار و مسافر 
نفت كش 
امور نظامي 
ديدباني اكولوژي اقيانو سها 
استفاده هاي تجاري و توريستي 
امروزه به طور گسترده اي از كامپوزيت ها در ساخت اين
نوع از هواپيماها استفاده مي شود. البته انجام اين كار نيز
دلائل گوناگوني دارد، دلائلي همچون:
نسبت استحكام به وزن بالا 
نسبت سفتي به وزن بالا 
استحكام خستگي 
مقاومت خوردگي 
امكان ساخت قطعات پيچيده به صورت يكپارچه 
هر قايق پرنده بايد داراي ادوات خاصي براي حركت
روي آب باشد تا به كمك آن بتواند عمليات نشست و
برخاست را براحتي انجام دهد. در نتيجه قايق پرنده
علاوه بر كيفيت پرواز مناسب، بايد قابليت مانور و
نشست ايمن بر سطح آب، تحت شرايط محيطي، را نيز
داشته و از شناوري بالايي برخوردار باشد. همچنين در
صورتي كه قايق پرنده در وضعيت استاتيكي درون آب
قرار گيرد، لازم است وزن شناور به طور كامل توسط
نيروهاي هيدرواستاتيكي خنثي شود. شناور كمكي اين
وظيفه را بايد ب هخوبي انجام مي دهد.

در اين مقاله، ابتدا هواپيماي دوزيست تعريف مي شود،
سپس اجزاء گوناگون اين هواپيما، به منظور انجام
محاسبات بارگذاري، تشريح مي شود. بارهاي وارد بر
سازة كامپوزيتي شناور كمكي اين هواپيما برمبناي آئين نامة
محاسبه شده[ 1] و براساس بارگذاري به دست JAR-23
آمده، چيدمان اجزاء ساز هاي آن انجام مي شود و در نهايت
با تحليل شناور كمكي در نرم افزار آباكوس، استحكام آن
در برابر بارهاي وارده بررسي خواهد شد.
مشخصات شناور كمكي
شناور كمكي هواپيماي دوزيست، از ستون اتصال دهنده
به بال و شناور تشكيل مي شود. مشخصات كلي آن نيز
در جدول 1 قيد شده است . نماي شماتيك شناور
كمكي در شكل 2 نمايش داده شده است. مواد به كار
رفته در اين شناور از جنس كربن- اپوكسي است.
شكل 2. اجزاء شناور كمكي
مشخصات مواد مورداستفاده براي تحليل شناور كمكي
نيز در جدول 2 ذكر شده است. مشخصات لايه چيني
اجزاء گوناگون شناور كمكي براساس شماره هاي اجزاء
در شكل 2 و جدول 3 آورده شده است.
معرفي اجزاء شناور كمكي
براي بارگذاري شناور كمكي لازم است اجزاء گوناگون
آنرا از يكديگر بازشناسيم. لذا در اين بخش اجزاء
شناور معرفي مي شود. همان گونه در شكل 3 نيز
مشاهده مي شود:
تير حمال كف شناور است. Keel : الف
قسمت جلويي بدنة شناور است كه اصطلاحاً Bow : ب
به آن دماغه گفته مي شود.
قسمت انتهايي بدنة شناور است كه اصطلاحاً Stern : ج
دم ناميده مي شود.
به شكست ناگهاني در شكل زيرين شناور Step : د
كمكي گفته مي شود.
خط طولي كه در سرتاسر كنار بدنة شناور Chine : ه
كشيده شده است.
بارگذاري شناور كمكي
اصولاً تحليل و طراحي هر وسيله اي مستلزم شناخت
دقيق مأموريت، عملكرد، بارهاي اعمالي خارجي وارد
بر آن و نيروهاي ايجادشدة داخلي در آن است. بديهي
است نسبت به نوع وسيله، فاكتورهاي متفاوتي همچون
شرايط محيطي و يا نوع مواد مصرفي اهميت مي يابند.
لذا نسبت به نوع وسائل، سازمان ها و ارگان هاي مسئول
در كشورها اقدام به تنظيم استانداردها و
شكل 3. اجزاء شناور كمكي  

Email: آدرس ایمیل جهت جلوگیری از رباتهای هرزنامه محافظت شده اند، جهت مشاهده آنها شما نیاز به فعال ساختن جاوا اسكریپت دارید
Website: www.isme.ir
1 ................................ مهندسي مكانيك / شماره 77 / سال بيستم 1390
36
دستورالعمل هايي مبتني بر تجربه، عملكرد و نتايج
آزمايش مي نمايند. امروزه استانداردهايي براي طراحي
سازة شناور كمكي هواپيماهاي دوزيست وجود دارد.
يكي از معتبرترين آيين نامه ها JAR- چون آيين نامة 23
در اين زمينه است، در اين مقاله نيز از همين آئين نامه
براي تحليل و طراحي شناور كمكي استفاده شده است.
حالت هاي بارگذاري براي طراحي شناور كمكي و
تصريح شده JAR- متعلقات سازه اي آن در آيين نامه 23
:[ است. اين حالت ا به ترتيب عبارت اند از[ 1
در اين حالت بايد بار حدي در :Step حالت بارگذاري
صفحة تقارن شناور، در نقطة سه چهارم فاصله از دماغه تا
و عمود بر تير حمال اعمال شود. بايد توجه داشت Step
L كه بار حدي مطابق رابطة 1 محاسبه مي شود و مقدار
نبايد از سه برابر وزن آب جايگزين، هنگامي كه شناور
به طور كامل در آب فرورفته است، بيشتر شود.
3
2
3 2
2
3
2
2
5
tan β(1 ry )
L C VsoW

 (1)
بار حدي برحسب پوند ، L به طوري كه در اين رابطه
5 سرعت واماندگي برحسب Vso ،0/ برابر با 0053 C
نات 6 با فلپ هاي بازشده، فرود در موقعيت مناسب و
وزن طراحي فرود هواپيما w ، بدون اثر جريان جانبي
Chine زاوية فاصلة بين تير حمال و β ، بر حسب پوند
در مقطع
4
3
كه نبايد كمتر از ،Step فاصله از دماغه تا
 شكل 4. تعريف زاوية
نسبت فاصل ة ry 15 درجه باشد(شكل 4) و درنهايت
عرضي بين مركز جرم و صفحة تقارن شناور، به شعا ع
ژيراسيون در حالت دوران حول محور طولي 7 است.
حالت بارگذاري دماغه: بار حدي در اين حالت بايد
بر صفحظ تقارن شناور، در نقطة يك چهارم فاصله از
اعمال شود و بايد عمود بر خط تير Step دماغه تا
حمال در آن نقطه باشد. مقدار بار حدي در اين حالت
است Step همان مقدار بار حدي در حالت بارگذاري
كه در صفحة تقارن شناور، در نقطة فاصله از دماغه تا
عمود بر مماس با خط تير حمال در آن نقطه، ،Step
اعمال مي گردد.
نامتقارن: در اين حالت ، بار Step حالت بارگذاري
0 برابري بار به دست آمده / شامل يك مؤلفة عمودي 75
و يك مؤلفه جانبي Step در حالت بارگذاري
3.25 برابري بار به دست آمده در حالت tan
است. بار جانبي بايد به صورت عمود Step بارگذاري
Chine بر صفحة تقارن شناور و در ميانة تير حمال و
اعمال شود.
حالت بارگذاري دماغة نامتقارن: در اين حالت ، بار
0 برابر ي بار ب ه دست آمده در / شامل يك مؤلفه 75
0.25tan و يك مؤلفه جانبي Step حالت بارگذاري
است. بار جانبي بايد Step برابري در حالت بارگذاري
به صورت عمود بر صفح ة تقارن در ميان ة دماغه و
اعمال شود. Chine
حالت شناور غوطه ورشده 8: در اين حالت، بار بايد در
مركز مقطع عرضي شناور، در نقطة يك سوم از فاصل ة
اعمال شود. مؤلفه هاي بار حدي در اين Step دماغه تا
حالت از روابط 2 و 3 و 4 محاسبه مي شند:
vertical  gv (2)
Archive of SID
www.SID.ir

چيدمان اجزاء سازه اي شناور كمكي
براساس مكان هايي كه بارها، در حالت هاي بارگذاري
ذكرشده، بايد اعمال شوند، مي توان محل قرارگيري
فريم ها را حدس زد. اين فريمها كه وظيفة اصل ي شان
تحمل نيروست، فريمهاي نيرويي ناميده مي شوند.
فريمهاي ابتدا و انتها، كه تنها براي شكل دهي استفاده
ميشوند، فريمهاي شمايي ناميده مي شوند. ابتداي
تيرهاي اصلي 12 ستون اتصال دهندة شناور به بال بر
روي دو فريم نيرويي قرار داده شده و انتهاي آنها نيز
به تيرهاي اصلي بال متصل مي شوند.
تحليل المان محدود شناوركمكي در حالت
بارگذاري حدي
شناور كمكي صلب است، بنابراين به صورت يك تير
يك سرگيردار مدل مي شود. براي تحليل شناور كمكي
از نرمافزار المان محدود آباكوس[ 2] استفاده شده است.
براي تحليل شناور كمكي در حالت استاتيكي نيز از
همين نرمافزار استفاده شده است. توجه داشته باشيد كه
شرايط تكيه گاهي ريشة ستون نگه دارندة شناور كمكي
به گونه اي است كه:
0 1 2 3 1 2 3 U U U U U U  R R R
خطي، چهارگره اي، shell براي تمامي اجزاء از المان
استفاده شده است. مجموع تعداد كل المان ها S4R نوع
برابر 12174 و تعداد گرهها برابر 12010 است. مدل
مش بندي شدة شناور كمكي در شكل 8 نمايش داده
شده است. در اين قسمت تحليل شناور كمكي در
حالت بارگذاري حدي آمده است. هواپيماي دوزيست
ممكن است در طول عمر كاري خود دچار بار حدي
شود[ 1]. بار حدي، باري است كه در طول عمر پرنده
ممكن است حداقل يك بار بر سازه وارد شود و در اين
حالت سازه بايد در محدود الاستيك باقي بماند و
تغييرشكل پسماند در آن صفر باشد.
شكل 8. مش بندي مدل شناور كمكي
براي تحليل گسيختگي شناور كمكي در نرمافزار المان
محدود آباكوس، از معيار گسيختگي تساي - هيل
استفاده شده است. معيار گسيختگي تسا ي - هيل به
صورت رابطة 2 بيان مي شود.
1 (7) 2
12
2
2
2
2
2
1 2
2
1
2
   
X X Y S
    
1 هاي بودن تنش براساس كششي يا فشاري 2
در رابطة 
يا X t مقادير مقاومتي متناظر با حالت كششي با ، و 2
t X c و نيز در حالتهاي فشاري با Y c يا جايگزين Y
مي گردد. در اين معيار حداكثر مقدار گسيختگي 1 است و
اگر در لايه هاي گوناگون اين مقدار بيشتر از 1 شود،
گسيختگي در لايه رخ داده است. براي اعمال ضريب
1 در حالت بارگذاري نهايي، معيار تساي – / اطمينان 5
0 مقايسه شده است. نتايج حاصل از / هيل با مقدار 67
تحليل شناور كمكي كامپوزيتي در شرايط بارگذاري
گوناگون، در شكل هاي 9 تا 16 نمايش داده شده است و
در جدول 4 حداكثر مقدار معيار تساي - هيل در لايه هاي
گوناگون آن آمده است

 
سامانه هوشمند ژورنال مقالات