مراحل عملی طراحی یک هواپیمای بدون سرنشین

مراحل عملی طراحی یک هواپیمای بدون سرنشین

طبق قوانین مسابقه دانشگاه شریف هواپیما باید مشخصات عملکردی زیر را دارا باشد:

. بار قابل حمل درمحل مركز ثقل در بدترین و بهترین شرایط پروازی : 2 الی 5 كیلو گرم (5 کیلوگرم)

2. بار قابل حمل در دور ترین نقطه از مركز ثقل در بدترین و بهترین شرایط پرواز : : 1 الی 3 كیلو گرم(1 کیلوگرم)

3. نوع موتور : دلخواه (پیستونی یا الكتریكی)

4. تعداد موتور : حد اكثر 2 عدد (1 عدد)

5. نوع نصب موتور : دلخواه (داخل یا خارج از بدنه)

6. شعاع عملیات (برد در یك مسیر مستقیم رفت و برگشت در بدترین و بهترین شریط آب و هوایی) : 4 الی 12كیلومتر ( 8 کیلومتر)

7. شعاع محوطه بدون مانع برای نشست و برخاست در شرایطISA+20 : 20 متر

8. دارای عدم محدودیت در برخاست (تحت هر شرایط زمینی + باد با سرعت 10 كیلومتر بر ساعت)

9. دارای عدم محدودیت در نشست (تحت هر شریاط زمینی + باد با سرعت 10 كیلومتر بر ساعت)

10. مداومت پروازی در بدترین و بهترین شرایط پروازی : 30 الی 60 دقیقه ( 30 دقیقه)

11. سرعت كروز در بدترین و بهترین تركیب انتخابی هواپیما 60 الی 120 كیلومتر بر ساعت

12. سقف پرواز عملیاتی از 50 متر الی 3000 متر بالای سطح زمین AGL

13. دارای قابلیت سوخت گیری و تخلیه سوخت اضافی

14. دارای قابلیت بسته بندی و حمل توسط حد اكثر 2 نفر

15. دارای قابلیت مونتاژ با حداكثر 2 نفر با ابزار عادی (Normal Tools)

16. دارای ویژگی بقا پذیری در صورت از دست دادن موتور

17. دارای ویژگی تعمیر پذیری

بال: قسمت اول

1-انتخاب ایر فویل
2-انتخاب فلپ و ابعاد اون و زاویش به هنگام بر خاستن( در صورت انتخاب ایرفویل از کتاب ابوت زاویه فلپ 30 درجه خواهد بود)
3-اتخاب و تعیین پارامترهای مختلف بال از قبیل AR, λ و...
4- محاسبه ی ضریب برآی تولیدی بال CLبدون در نظر گرفتن فلپ
5-محاسبه ی ضریب برآی تولیدی بال CL با در نظر گرفتن فلپ
6-محاسبه ی برآ در دو حالت گشت زنی و برخاستن
7- محاسبه ی ضریب پسا ی برآ صفربال در دو حالت گشت زنی و برخاستن
8-باید شرایط زیر برقرار باشه:

LOT= LC=WTO

LTO= برآی برخاستن
LC= برآی گشت زنی
WTO= وزن بر خاستن
9- در صورتی که شرایط فوق برقرار نباشه ، پارامتر های مراحل 2 و 3 عوض شده و مراحل 4 تا 8 مجددا تکرار می شه تا ارضای شرایط مرحله ی 8


*در مرحله ی3 پارامترهای زیر باید مشخص بشه:
2-1- مساحت بال(S)
2-2- محل عمودی نصب بال(بالا،پایین،وسط)
2-3-مقطع بال(ایرفویل)
2-4-نسبت منظری(AR)
2-5-نسبت باریکی یا مخروطی(λ)
2-6-پیچش(Twistیا Washout)
2-7-زاویه ی عقبگرد(Sweep)
2-8-سراشیبی(Dihedral)
2-9-زاویه ی نصب بال(Incidence یا setα)
2-10- نوع فلپ،ابعاد و زاویه ی چرخشش
2-11-شهپر(Aileron)

بال: قسمت2


محل عمودی نصب بال

تعریف:محل نصب بال نسبت به خط وسط بدنه
به طور کلی 4 محل اصلی برای نصب بال به بدنه وجود داره:
1.بال بالا (High wing)
2.بال وسط (Mid wing)
3.بال پایین (Low wing)
4.بال بالاتر (Parasol wing)


1.بال بالا

مزایا:

1.مناسب برای هواپیماهای ترابری(به دلیل سرعت بار گیری و بزرگی حجم بار)
2.مناسب برای هواپیما های STOL [1](هر چه بال بالا تر قرار بگیره تاثیر زمین روی بال کمتره)
3.مناسب برای هواپیما های VTOL [2]
4.مناسب برای هواپیما های تقویت شده به وسیله ی میله
5. مناسب برای هواپیما هایی که روی آب فرود میان
6. مناسب برای هواپیما های کایت(کنترل کایت توسط خلبان آسون تر می شه)
7.در صورت استفاده از بال بالا، چرخها می تونن کوتاه تر بشن و در نتیجه در وزن صرفه جویی می شه
8. بال بالا اثر سراشیبی بال[2] رو افزایش می ده
9.چون بالها بهم وصل هستن بال دارای ضریب CLmax بیشتریه
10.عملکرد در نشستن بهتره(اثر زمین[3] طول باند رو کمتر می کنه)
11.دید پایین تر از افق بهتره
12.شکل آیرودینامیکی قسمت پایین بدنه خوب در میاد (اگر چه از نظر بار گیری مشکل تره)
13.نیروی پسای بال پایدرا کننده است[4](MDcg>0)

معایب:

1.سطح روبه رو بیشتره
2.نیروی پسای بیشتری (در مقایسه با بال پایین) داره (CDi)
3.وزن بیشتری در مقایسه با بال پایین داره و حدودا 20% سطح دم بیشتری نسبت به بال پایین نیاز داره (به دلیل کاهش فرو وزش)
4.چرخ ها معمولا در بدنه جمع می شن و امکان جمع شدن در بال ضعیفه
5.در صورت تخت بودن کف کابین، امکان قرار دادن تجهیزات زیر کف نیست و لذا طول بدنه باید بیشتر باشه
6.عملکرد در برخاستن بدتره به این دلیل که اثر زمین طول باند رو بیشتر می کنه
7.از نظر آکروباتیکی بعد از دو نوع دیگه رده بندی می شه
8.دید بالا تر از افق کمتر می شه.

بال پایین

مزایا:

1.به دلیل تاثیر زمین عملکرد در برخاستن بهتره
2.دید بالاتر از افق بهتری داره
3.چرخها می تونن در بال جمع بشن
4.از بال می توان جهت سوار شدن به هواپیما استفاده کرد
5.هواپیما وزن کمتری نسبت به بال بالا داره
6.هواپیما سطح از روبروی کمتری داره
7.معمولا از میله های تقویتی استفاده نمی شه
8.نیروی پسای القایی کمتری داره
9.ظاهری زیبا تر داره
10.از نظر آکروبوتی بهتر از بال بالاست

معایب:

1.ضریب CL کمتری نسبت به بال بالا داره
2.اثر سراشیبی بال کمتره
3.عملکرد نشستن بدتری داره(طول باند بیشتری داره)
4.زاویه ی حمله ی دم رو کم می کنه و این اثر دم رو کاهش می ده
5.سرعت واماندگی VS بیشتری داره
6.نیروی پسای بال ناپایدرا کنندست
7.دید پایین تر از افق ضعیف تره
8.نیروی برآی کمتری داره


3.بال وسط

بین دو حالت قبلیه، ولی مشکل اصلی اون اضافه وزنه. چون تیرکای اصلی چپ و راست بال از هم جدان و باید خوب تقویت بشن .
معابیب و مزایا:
1.از هر دو زیبا تره
2.خلبان می تونه از طریق اون وارد هواپیما و کابین بشه
3.شکل آیرو دینامیکی بهتری داره
4.نمی شه از میله برای تقویت تیرکها استفاده کرد
5.سنگین تر و گرون تر از دو نوع دیگست


بال بالاتر

این بال اغلب رد هواپیما هایی که در آب فرود و برخاست می کنن استفاده می شه و در معایب و مزایا شبیه بال بالاتره.

**
1.V/STOL Aircraft یا Vertical / Short Take Off and Landing هواپیما های کوتاه پرواز یا عمود پرواز
2.سراشیبی، هفتی یا Dihedralکه نقش اصلی اون تامین پایداری عرضیه(Rolling Stability) . بال بالا هفتی رو افزایش میده و بال پایین اونو تضعیف می کنه.
3.این اثر در صورتی روی هواپیما در نظر گرفته می شه که ارتفاع هواپیما از زمین کمتر از تقریبا نصف دهنه ی بال باشه .این تاثیرات ناشی از برخورد جریان زیر بال با زمین و منعکس شدن یا برگشت مجدد اونها به سمت هواپیماست و نتایج اون کاهش فرو وزش،افزایش نسبت منظری موثر،تغییر ضریب برآ وتغییر ضریب پسا که در کل افزایش برا رو به همراه داره.

http://i33.tinypic.com/30j09l3.jpghttp://i33.tinypic.com/s2sgtj.jpg

نتیجه تخمین وزن با احتساب مقادیر زیر:

Cruse : np = 0.7 , Cp = 0.7 , L/D = 10
Loiter: np = 0.6 , Cp = 0.7 , L/D = 12
Range: 18.4 nm (16 Km
Endurance: 0.5 Hour
V(E) = 31.1 mph
برابر است با:
W(TO) = 60 lb (27.2 Kg
W(E) = 52.6 Kg (23.85 kg
W(F) = 2.4 lb (1.098 kg
این مقادیر برای سازه فلزی است.برای سازه کامپوزیت داریم:
W(TO) = 51 lb (23.1 Kg
W(E) = 42 Kg (19 kg
W(F) = 2.4 lb (1.098 kg

این برنامه تخمین وزن بر اساس روش راسکم و صدراییه که با ویژوال بیسیک نوشتم:
(Take-Off Weight(For UAV).rar (43 Kb

طراحی هواپیمای حدود صوت به دلایل زیر با دشواری بسیاری همراه است و نیازمند به یک تیم متخصص دارد:

- وقوع شوک های ضربه ای بر روی نقاطی از بال و مسائل متعاقب آن
- نیاز به طراحی سازه قوی با مواد مستحکم به دلیل وارد آمدن نیروهای بزرگ
- نیاز به طراحی موتور قوی که طبیعتاً باید از نوع جت باشد چون موتور پیستونی قابلیت تولید توان برای رسیدن به این سرعت را دارا نمی باشد.

در مورد خود طراحی موتور جت همین بس که در ایران آلیاژ ردیف اول توربین گازی زمینی رو نمی تونن بسازن،به دلیل ویژگی های خاصی می طلبه،و از ایتالیا،من اینطور شنیدم،وارد می کنن. حالا فرض کنید بخواهیم این توربی رو یک سوم یا بیشتر کوچک کنیم با دور چندین برابر،فناوری فاجعه ای چه از نظر مکانیکی و چه از نظر متالورژی می طلبه.


سایت های مرتبط با موتور بدون سرنشین ها :

- این سایت در مورد لانچر UAV :

http://www.robonic.fi/indexe2.htm

- سایت شرکت Teledyne Technology که توی این صفحه میتونید در رابطه با موتور و سیستم ها لینک خوبی پیدا کنید:
http://www.teledyne.com/products/index.asp

- یه فروم در مورد UAV که صفحه مربوط به موتورهاش رو اینجا میذارم:
http://www.uavforum.com/vendors/engines.htm

اما یه مبحث که فکر کنم دوستان خوبم ماهان57 و مدیر تالار همسایه،tsp.co، بهش خیلی علاقه داشته باشن،بحث میکروجت ها و طراحی اونهاست.چند تا سایت در رابطه با اونها اینجا میذارم که همین طور که خواهید دید بحث داغیه و طراحی UAV داره به سمت استفاده از این موتورها پیش میره:
- http://www.waoline.com/detente/hobby/HobbyTurbines.htm

http://www.pfranc.com/projects/turbine/top.htm

http://www.pfranc.com/projects/turbine/top.htm

http://www.microjeteng.com/hf150.html

این سایت یه سایت پاکستانیه که یه موتور پالس جت ساختن:
http://www.geocities.com/shehri27/projectx

این هم سایت یه شرکت تولید کننده میکروجت:
http://jetbeetle.com

دیدن این سایت هم خالی از لطف نیست،یه سایت فارسی در مورد موتور جت:
http://www.jet.blogfa.com

با جستجوی عبارت "MICRO JET" تو گوگل می تونید سایت های بیشتری رو در این مورد پیدا کنید.