. 119
7-2- نتیجه­گیری.. 119
7-2-1- تحلیل تنش…. 119
7-2-2- ارتعاشات آزاد. 120
7-2-3- تحلیل آیروالاستیک…. 120
7-3- ارائه­ی پیشنهاد. 120
فهرست منابع و مراجع.. 122
 
فهرست شکل‌ها
 

 
شکل2-1- اجزای بیرونی مجموعه دم هواپیما ]32[ 10
شکل2-2- اجزای سازنده مجموعه دم هواپیما]6 و32[ 11
شکل 2-3- نمونه­هایی از تیرک­های طولی ]32[ 13
شکل 2-4- سطح مقطع دم ]32[ 14
شکل 2-5- نمایش دم با نسبت مخروطی­های مختلف… 16
شکل2-6- زاویه دایهدرال]6[ 16
شکل 2-7- نحوه عملکرد سطوح کنترلی]33[ 18
شکل 2-8- اجزای تشکیل دهنده سطوح کنترلی، الف) بالابرنده ب) سکان عمودی متحرک]6[ 19
شکل 2-9- انواع حالات دم]34[ 21
شکل2-10- کاربرد مواد مختلف در نمونه هواپیمای مسافربری]32[ 26
شکل3-1- تعادل پروازی]35[ 29
شکل3-2- نمونه­ای از بارهای وارده به بال هواپیما بر حسب مسیر پروازی، الف)مکان هواپیما در طول مسیر پروازی و بارهای وارده متناظر در هر نقطه از مسیر ب) بارهای اصلی وارده به بال]6[ 30
شکل3-3- دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری]36[ 35
شکل3-4. توزیع بیضوی لیفت… 39
شکل3-5- بارگذاری مجموعه دم مدلسازی شده، الف) بارگذاری مجموعه دم ب)سازه مجموعه دم  40
شکل4-1: نمایش پاسخ فرکانسی مختلط… 45
شکل 4-2. مسائل مطرح شده در آیروالاستیسیته]21[ 49
شكل4-3: مدل تیر برای بال یک بعدی.. 51
شکل4-4: بررسی پایداری سیستم از روی پاسخ­های آن]21[ 58
شکل4-5: مدل آیروالاستیک مقطع بال]21[ 60
شکل4-6: نمودار قسمت­های حقیقی و موهومی نسبت به سرعت ]21[ 63
شکل4-7: اثر میرایی سازه­ای در یافتن سرعت فلاتر]21[ 65
شکل 5-1- نقشه مجموعه دم ایرباس 320، الف) دم عمودی ب) دم افقی]39[ 71
شکل 5-2- مکان قرارگیری تیرک­های طولی الف)تیرک جلو ب)تیرک عقب… 72
شکل5-3- دم افقی، الف) سازه داخلی ب) کل سازه دم افقی.. 73
شکل 5-4- مکان قرارگیری تیرک­های طولی الف) تیرک جلو ب) تیرک عقب… 74
شکل5-5- دم عمودی، الف) سازه داخلی ب) کل سازه دم افقی.. 74

شکل 5-6- گردآوری دم افقی، عمودی و سازه مخروطی شکل در کنار هم در محیط مونتاژ 75
شکل5-7- انواع المان­های موجود در نرم افزار المان محدود]40[ 77
شکل 5-8- الف) المان خطی همراه با 8 گره ب) المان سهموی همراه با 20 گره 79
شکل5-9- مراحل تحلیل مدل در نرم افزار Abaqus 80
شکل 6-1- توزیع بیضوی لیفت… 83
شکل6-2- بارگذاری مجموعه دم مدلسازی شده، بارگذاری مجموعه دم. 84
شکل6-3 المان­بندی اجزای دم، الف) تیرک طولی ب) تیغه عرضی.. 84
شکل6-4- تغییرات تنش در اجزای مجموعه دم از جنس آلومینیوم. 87
شکل6-5- دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری.. 88
شکل 6-6- تغییرات ماکزیمم تنش در مجموعه دم بر حسب ضریب بار 90
شکل 6-7- تغییرات ماکزیمم تنش در تیرک­های طولی بر حسب ضریب بار 90
شکل 6-8- تغییرات ماکزیمم تنش دردندانه­های عرضی بر حسب ضریب بار 91
شکل 6-9- تغییرات ماکزیمم تغییر مکان عمودی بر حسب ضریب بار 91
شکل 6-10- نمایش قرارگیری دندانه­های عرضی دم افقی با زاویه­های نصب مختلف   92
شکل 6-11- نمودار تغییر مکان عمودی ماکزیمم بر حسب زاویه نصب دندانه­های عرضی  93
شکل 6-12- تغییرات تنش در ریشه دم افقی در چندین ضخامت پوسته. 94
تغییرات تغییر مکان عمودی نوک دم افقی بر حسب ضخامت پوسته  95
شکل6-14مدل AGARD WING445.6 Planform.. 96
شکل6-15- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 97
شکل6-16- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار برای دم افقی  99
شکل6-17- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 100
شکل6-18- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 102
شکل6-19-  مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 103
شکل6-20- مودهای فرکانس طبیعی ارائه شده توسط نرم افزار 104
شکل 6-21- محور الاستیک و محور اینرسی یک دم افقی مخروطی یک سر درگیر 105
شكل 6-22- تغییرات سرعت فلاتر بر حسب زاویه عقب گرد برای نسبت­های متفاوت TR  107
شكل 6-23- تغییرات فرکانس فلاتر بر حسب زاویه عقب گرد برای نسبت­های متفاوت TR  107
شكل 6-24- تغییرات سرعت فلاتر بر حسب نسبت مخروطی برای زوایای عقب گرد مختلف   108
شكل6-25- تغییرات فرکانس فلاتر بر حسب نسبت مخروطی به ازای زاویه عقب گردΛ=0  108
شکل 6-26- تغییرات سرعت فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0  109
شكل 6-27- مقایسه فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0  109
شكل 6-28- تغییرات سرعت فلاتر برحسب زاویه عقب­گرد برای نسبتهای متفاوت λ و TR=0.8  110
شكل 6-29- تغییرات فرکانس فلاتر برحسب زاویه عقب گرد برای نسبت­های متفاوت λ و TR=0.8  110
شكل 6-30- تغییرات سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبت­های متفاوت λ و Λ=0  111
شكل 6-31- تغییرات سرعت فلاتر برحسب نسبت مخروطی برای نسبت­های متفاوت λ و Λ=45  111
شکل 6-32- تغییرات ممان اینرسی دم افقی در طول آن.. 113
شکل6-33- تغییرات ممان اینرسی قطبی دم افقی در طول آن.. 113
شکل6-34- هندسه دم افقی و محل محور الاستیک…. 114
شکل6-35-اثر زاویه عقبگرد بر سرعت فلاتر. 115
شکل6-36- اثر زاویه عقبگرد بر فرکانس فلاتر. 115
شکل 6-37- اثر ارتفاع پرواز بر سرعت فلاتر. 116
شکل6-38-تغییرات سرعت فلاتر با زاویه عقبگرد در چند ارتفاع پروازی مختلف   117
شکل 6-39- تغییرات سرعت فلاتر با تغییر ارتفاع پرواز در زاویه­های عقبگرد مختلف   117
فهرست جدول‌ها
 

جدول2-1- وظایف سطوح کنترلی.. 18
جدول2-2- فواید و معایب استفاده از مواد کامپوزیت… 24
جدول2-3- کاربرد مواد مرکب در هواپیماهای پیشرفته. 25
جدول3-1- مقادیر ضریب بار برای هواپیماهای مختلف… 30
جدول3-2- مقادیر نیروها و گشتاورها 38
جدول 3-3- نیروهای وارد بر دم عمودی.. 39
جدول4-1: نوع حرکت و مشخصه­های پایداری برای مقادیر مختلف  و ……. 59
جدول 5-1- مشخصات هندسی دم افقی طراحی شده 72
جدول 5-2- مشخصات هندسی دم عمودی طراحی شده 73
جدول6-1-مقادیر نیروها و گشتاورها 82
جدول 6-2- نیروهای وارد بر دم عمودی.. 83
جدول6-3: مقایسه ماکزیمم جابجایی عمودی و تنش در المان­های جامد و پوسته­ای  85
جدول6-4 همگرایی تعداد المان­ها 85
جدول6-5- مشخصات آلیاژهای به­کار رفته. 86
جدول6-6- مقادیر ماکزیمم و مینیمم تنش و تغییر مکان عمودی برای مواد مختلف   86
جدول 6-7- مقادیر تنش و تغیییر مکان عمودی برای ضریب بارهای مختلف… 89
جدول6-8- مقادیر تغییر مکان ماکزیمم برای زاویه نصب­های مختلف… 93
جدول6-9- مشخصات بال AGARD445.6. 95
جدول 6-10- مشخصات فیزیکی آلیاژ بال مورد آزمایش…. 96
جدول6-11- مقایسه نتایج نرم افزار با داده­های آزمایشگاهی.. 96
جدول 6-12- مشخصات سازه­ای دم افقی.. 97
جدول 6-13 مشخصات فیزیکی آلیاژ 98
جدول6-14- نتایج نرم افزار 98
جدول6-15- نتایج نرم افزار 100
جدول 6-16-مشخصات سازه­ای دم عمودی.. 101
جدول6-17- نتایج نرم افزار 101
جدول6-18- نتایج نرم افزار 103
جدول6-19 نتایج نرم افزار 104
جدول6-20- مقایسه سرعت و فركانس فلاتر برای بال گلند. 112
جدول6-21- سرعت و فرکانس فلاتر برای مودهای مختلف… 112
جدول6-22- مقادیر سرعت و فرکانس فلاتر برای زاویه­های عقبگرد مختلف… 114
جدول 6-23- مقادیر سرعت فلاتر برای ارتفاع­های مختلف پروازی.. 116

پیشگفتار

مدلسازی و تحلیل سازه­های مختلف هواپیماهای امروزی، از مهمترین مسائل صنعت هواپیمایی می­باشد. مجموعه­ی دم هواپیما، نقش تعیین کننده­ای در عملکرد هواپیما دارد. این مجموعه سه وظیفه­ی تامین پایداری استاتیکی و دینامیکی هواپیما، ایجاد توانایی کنترل هواپیما و همچنین تامین حالت تعادل در هر شرایط پروازی را بر عهده دارد. تعادل، پایداری و کنترل طولی به عهده دم افقی و تعادل، پایداری و کنترل جانبی به عهده دم عمودی است. با توجه به اینکه سازه دم افقی و عمودی تحت مانورهای مختلف پروازی در معرض بارهای مختلف قرار می­گیرند، در اجزای مختلف این سازه تنش­های مختلفی ایجاد می­شود. برای این تحلیل، نرم افزارهای مختلفی که عملکرد آن­ها بر مبنای روش اجزاء محدود است، موجود می­باشد.
روش اجزاء محدود، روشی عددی است که از آن می­توان برای حل معادله­های دیفرانسیل استفاده کرد. این روش پرکاربردترین روش آنالیز مهندسی بر پایه کامپیوتر است. ایده روش اجزاء محدودی كه به صورت شناخته شده امروزی است، در سال 1956 به وسیله Clough، Turner، Topp و Martin در مقاله مشهور خود ارائه شده است، این مقاله كاربرد اجزاء محدود ساده (میله های مفصل شده و ورق مثلثی) برای تحلیل سازه هواپیما را نشان می دهد و به عنوان یكی از پیشرفت های كلیدی در توسعه روش عناصر محدود در نظر گرفته می شود. همراه با توسعه كامپیوترهای دیجیتالی با سرعت های بالا، كاربرد روش اجزاء محدود با نرخ فزاینده­ای پیشرفت نمود]1[.
تداخل اثرات نیروهای آیرودینامیکی، اینرسی و الاستیک در سازه‌های هوافضایی با نام آیروالاستیسیته مورد پژوهش قرار می‌گیرد. چنانچه در مدلسازی، اثرات بارگذاری حرارت آیرودینامیكی اعمال شود عملا با مسئله آیروترموالاستیسیته مواجه خواهیم بود. همچنین اگر در مدلسازی مسئله، سیستم های كنترلی و تداخلشان با پارامترهای آئروالاستیك مورد بررسی قرار گیرد، با مسئله آیروسروالاستیسیته روبرو خواهیم شد. پدیده­های ناپایداری استاتیكی و دینامیكی، واگرائی و فلاتر، می توانند باعث از هم گسیختگی سازه های هوایی شوند، بطوریكه این مشكل از زمان پرواز هواپیمای ساموئل لانگلی رقیب برادران رایت تاكنون كه در ساخت وسایل پرنده و موشك ها از سازه ها و مواد پیشرفته استفاده می­گردد، فراروی طراحان می­باشد. بر اساس آنالیز پایداری خطی، نوسانات بالای آنچه که سرعت فلاتر نامیده می­شود، میرا نمی­شوند و دامنه آنها به صورت نامحدود افزایش می یابد و به فروپاشی دم یا بال منتهی می شود.
در این فصل پس از مرور تاریخچه­ای در زمینه اجزاء محدود و تحلیل تنش سازه دم هواپیما، آیروالاستیسیته و پژوهش های انجام گرفته در زمینه های ذکر شده،  هدف این پژوهش ارائه گردیده است.