تجزیه و تحلیل مکانیزم ارابه فرود هواپیما

هواپیماها برای تاکسی، برخاستن و فرود به ارابه فرود متکی هستند. ارابه فرود هواپیمای تجاری معمولی شما شامل یک سیلندر کمک فنر و پیستون و یک جفت لاستیک است. به طور شهودی، کمک فنر با تماس ارابه فرود با زمین، استرس را تجربه می کند – اما چقدر؟ به منظور طراحی مکانیزم ارابه فرود که بتواند در برابر فرودهای زیادی مقاومت کند، و برای تعیین زمان تعویض یک ارابه قدیمی، می توانیم تجزیه و تحلیل دینامیک چند بدنه را انجام دهیم. همچنین ممکن است بخواهیم به تولید و توزیع گرما در مجموعه کمک فنر نگاه کنیم، زیرا مطمئناً گرم می شود.

مونتاژ ضربه گیر مکانیزم ارابه فرود هواپیما.

تجزیه و تحلیل دینامیک چند بدنه ارابه فرود هواپیما

بیایید فرض کنیم می‌خواهیم ضربه‌گیر ارابه فرود هواپیما را همانطور که با هندسه نشان داده شده در بالا نشان داده شده است، تحلیل کنیم. همانطور که می بینید، از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: یک سیلندر کمک فنر، یک پیستون ضربه گیر و چند تایر. این مؤلفه‌ها برای تحلیل ما ضروری هستند، اما هر چیز دیگری مدل‌سازی نمی‌شود و در نتیجه مدل‌سازی نخواهد شد.

سیلندر و پیستون در نمونه ارابه فرود ما از طریق یک اتصال منشوری به هم متصل می شوند – یکی از اتصالاتی که همکار من Pawan در مطلب وبلاگ خود در مورد شبیه سازی سیستم های مکانیکی ذکر کرده است . مفصل فقط یک درجه آزادی ترجمه دارد . به منظور اطمینان از راحتی مسافران و سالم بودن ارابه فرود هنگام فرود هواپیما، مفصل حاوی یک فنر و دمپر است که با هم ضربه های ناشی از آن را در حین لمس پایین جذب می کنند. ویژگی Prismatic Joint در ماژول Multibody Dynamics دارای یک ویژگی فرعی “فنر و دمپر” است که در این مورد از آن استفاده خواهیم کرد. البته تایرها نیز در سناریوی فرود نقش دارند. اثر آنها را می توان با استفاده از بنیاد Spring مدل کردویژگی در سطوح زیرین پیستون ضربه گیر.

با ترسیم توزیع تنش فون میزس در سیستم مکانیکی ما، می‌توانیم ببینیم که وقتی سیلندر کمک فنر در جابجایی‌ترین موقعیت خود قرار دارد، تنش در پیستون ضربه‌گیر حداکثر است. نیمرخ تنش نشان می دهد که حداکثر مقدار تنش نزدیک به مرکز پیستون ضربه گیر (مناطق قرمز و زرد در نمودار سطح) است.

نقشه سطح مکانیزم ارابه فرود هواپیما

همچنین می‌توانیم نگاهی به جابجایی نسبی و سرعت نسبی بین دو جزء کمک‌گیر در هنگام فرود داشته باشیم:


جابجایی نسبی بین سیلندر و پیستون.	سرعت نسبی بین سیلندر و پیستون

همانطور که می بینید، دامنه جابجایی نسبی بسیار زیاد شروع می شود، اما با از دست رفتن انرژی در کمک فنر و مجموعه لاستیک ها، خیلی سریع تحلیل می رود. نمودار سرعت نسبی به همین دلیل تصویر مشابهی را ترسیم می کند.

در هنگام فرود هواپیما، انرژی جنبشی هواپیما در ارتباط با حرکت عمودی به اشکال مختلف انرژی تبدیل می شود. ما می توانیم اشکال مختلفی از انرژی را ترسیم کنیم تا در مورد آنها بیشتر بدانیم.

اشکال انرژی در مکانیزم ارابه فرود
اشکال مختلف انرژی در مکانیزم ارابه فرود.

همانطور که می توانید تصور کنید، انرژی جنبشی در ابتدا بسیار زیاد است، اما به دلیل اتلاف انرژی در مجموعه کمک فنر در بقیه چرخه ها به صفر کاهش می یابد. اتلاف بیشتر توضیح می دهد که چرا دیگر اشکال انرژی بسیار کم هستند.

تجزیه و تحلیل انتقال حرارت یک ضربه گیر

همانطور که اشاره کردم قطعات ضربه گیر به دلیل اتلاف انرژی در دمپر گرم می شوند. اکنون که تنش‌ها را در سیستم خود تنظیم و مدل‌سازی کرده‌ایم، می‌توانیم مدل خود را با رابط انتقال حرارت در جامدات جفت کنیم . انجام این کار ما را قادر می سازد تا افزایش دما را در اجزای مختلف محاسبه کنیم. با توجه به تصویر زیر، دما در اطراف مرزهای پیستون-سیلندر بالاتر است.

مشخصات دمایی مکانیسم زیرین
مشخصات دمای ارابه فرود.