نحوه طراحی هواپیما و uav و vtuav .

[hossien]

سلام
در این بخش می خوام با کمک خودتون مراحل طراحی و ساخت انواع هواپیماها و هواپیمای مدل را آموزش بدیم.
چون یکی از مشکلات کسانی که به این رشته علاقه دارند نمی دونند از کجا ، چگونه و ... شروع کنند و موفق شوند.
مراجع که مطالب بیان می کنیم از کتاب طراحی کلی هواپیما مولف آقای هاشم صدرایی و همچنین از کتاب لاتین آقای راستکم تا جلد پنجم ایشون هست و از منابع اینترنتی.
ما در اینجا طراحی هواپیما را از اصول علمی بیان می کنیم . البته دانشجویان هوافضا در طراحی 1 و 2 این مطالب را می خونند و پروژه ارائه می دند.

[hossien]

کلیات ، روش­ها و مراحل طراحی هواپیما


مقدمه
طراحي ، کاربرد مهندسي و مهندسي کاربرد علوم تجربي است . طراحي ترکيبي از علم ، تکنيک و هنر است .طراح بايد علاوه بر داشتن دانش کافي در زمينه علوم مورد نياز و علاوه بر داشتن مهارت در استفاده از تکنيک­هاي مختلف و قدرت خلاقيت ، بايد يک هنرمند باشد . يک طرح مي تواند مجموعه­اي از اشيا موجود يا قديمي باشد . مهم است که طرح جديد بتواند کاري انجام دهد که طرح هاي قديمي تاکنون نتوانسته اند .
به طور خلاصه مراحل يک فرآيند طراحي عبارتند از :
1. تشخيص نياز ،
2. تعريف مسئله،
3. جمع آوري اطلاعات،
4. تفکر و بررسي،
5. ارزيابي و طراحي،
6. ارتباطات طرح.
در طي اين مراحل ، پروژه طراحي تعريف ، محاسبات و بررسي ها و ارزيابي ها انجام گرفته و نتيجه طرح اعلام مي­شود.
در اين قسمت روش طراحي هواپيما و نيز مراحل آن اشاره شده است . در پايان طراحي ، از طراح خواسته مي­شود اطلاعات و خواسته هاي زير را ارئه دهد .
1. سه نماي کلی روبرو ، کنار و از بالاي هواپيما و رسم فني اجزاي مختلف .
2. مشخصه هاي اساسي و هندسه هواپيما .
3. محاسبات کارآيي ، دفترچه هاي کارکرد و پرواز و محاسبات پايداري .
4. محاسبات و پيش بيني هزينه عملياتي هواپيما و هزينه توليد آن .
با توجه به اينکه علم طراحي هواپيما هنوز در حال تغييرات سريع و پيشرفت است و از طرفی نتایج محاسبات تئوری به دلیل ساده­سازی های مهندسی نیازمند محک زدن و تطبیق با نتایج حاصل از روش­های تجربی است لذا طراحي هواپيما همچنان از آزمايشات به عنوان ابزاري مهم استفاده مي­کند . به طور کلي طراحي اوليه با سه ابزار زیر انجام مي­شود .
1. طراحي تئوريکي .
2. طراحي به کمک تونل باد .
3. طراحي به کمک آزمايشات پروازي .
مراحل اصلي طراحي
طراحي را مي توان به 3 مرحله تقسيم بندي نمود :
1. طراحي کلي يا مفهومي[1] (http://njavan.com/forum/newreply.php?do=postreply&t=20025#_ftn1)
2. طراحي اوليه[2] (http://njavan.com/forum/newreply.php?do=postreply&t=20025#_ftn2)
3. طراحي اجزا[3] (http://njavan.com/forum/newreply.php?do=postreply&t=20025#_ftn3)
در مرحله اول يا طراحي کلي ، ابتدا پيکربندي هواپيما مشخص مي شود . سپس 3 پارامتر مهم ديگر يعني :
ü وزن حداکثر برخاست ()
ü مساحت ناخالص بال (S)
ü قدرت يا نيروي محرکه مورد نياز هواپيما (P)
پيش بيني و محاسبه مي­شوند . به طور کلي وزن هواپيما به وسيله آمار يعني با استفاده از هواپيماهاي مشابه موجود پيش بيني شده و دو پارامتر ديگر به وسيله حل تعدادي معادلات( يا رسم دياگرام تطبيق ) محاسبه مي­گردند. البته در اين محاسبات کلي چند فرض از جمله ضريب حداکثر برآ () فرض مي­شوند.
در مرحله دوم که طراحي مقدماتي يا اوليه ناميده مي شود ، کليه قسمت­هاي اصلي هواپيما تحليل شده و مشخصات آنها تعييت و محاسبه مي­گردند . از جمله اين قسمت­ها مي­توان از بال ، بدنه ، دم ، سطوح کنترل ، موتور و چيدن آن­ها ( مرکز ثقل ) نام برد .
پس از انجام طراحي اوليه ، دو پارامتر اصلي کارايي و پايداري چک مي شود در صورت تائيد دو پارامتر ، طراحي وارد مرحله سوم يا طراحي اجزا مي­گردد . در غير اين صورت طراح بايستي محاسبات خود را تکرار نمايد . در عمل اين سه مرحله ، از همديگر کاملا جدا و مستقل نيستند ، بلکه گاهي طراح در مراحل مختلف طراحي خود چندين بار تکرار مي نمايد . به زبان زمان مي­توان گفت : طراحي کلي ، پاسخ يک هفته، طراحي اوليه پاسخ یک ماهه و طراحي اجزا پاسخ شش ماهه طراح به تقاضاي بازار مي­باشد .

[1] (http://njavan.com/forum/newreply.php?do=postreply&t=20025#_ftnref1). Conceptual Design

[2] (http://njavan.com/forum/newreply.php?do=postreply&t=20025#_ftnref2). Preliminary Design

[3] (http://njavan.com/forum/newreply.php?do=postreply&t=20025#_ftnref3). Detail Design

[hossien]

مراحل طراحي هواپيما
در فلوچارت زیر مراحل طراحي به طور دقيق اورده شده است . روش ارائه شده در اين قسمت بسته به شرايط مختلف ، اين روش­ها و ترتيب مراحل تغيير مي­يابند .


http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/yfukj.JPG


در پست بعدی جزئیات مراحل فوق ارائه می کنم.

[hossien]

جزئیات مراحل طراحي هواپيماهاي سبک ملخي به صورت زیر هست.






تخمين اوليه وزن برخاستن

تخمين اوليه CDo هواپيما و تعيين CLmax آن

تعيين اوليه مساحت بال

تعيين اوليه قدرت موتور

انتخاب موتور استاندارد

آرايش اوليه و انتخاب پيکربندي

طراحي اوليه بال

طراحي اوليه بدنه

طراحي اوليه دم افقي و دم عمودي

طراحي اوليه ارابه فرود

محاسبات ملخ

تخمين اوليه وزن اجزا هواپيما

تخمين دوم وزن کل هواپيما

محاسبات محدوده مرکز ثقل

جابه جايي اجزا براي رسيدن به محدوده مرکز ثقل دلخواه

بازنگري مجدد بال و دم

طراحي سطوح کنترل

محاسبه حداکثر نيروي پسا

انتخاب دوم موتور

محاسبات تداخلات بال ، بدنه ، دم و موتور

طراحي بهينه بال ، بدنه ، دم

محاسبات کارايي هواپيما

محاسبات پايداري

ساخت مدل و آزمايشات تونل باد

طراحي سازه هواپيما

محاسبات وزن دقيق اجزا هواپيما

انجام تغييرات لازم در بال ، دم ، بدنه و غيره

بهينه سازي

ساخت نمونه و آزمايشات پروازي

دريافت گواهينامه

[hossien]

تخمین وزن برخاست


مقدمه
يكي از مهمترين پارامترها در طراحي هواپيما، تعيين وزن وسيله پرنده است كه به جرات مي‌توان گفت ساير پارامترها مانند عملكرد پروازي، قابليت مانوردهي، هزينه‌هاي عملياتي و قيمت كل وسيله پرنده، تابعي از وزن كل هواپيما مي‌باشد.
در اولين مرحله بر اساس ماموريت تعريف شده وبا استفاده از اطلاعات آماري هواپيماهاي مشابه با ماموريت تعريف شده، محاسبات تخمين وزن برخاست و ساير اوزان (وزن خالي، وزن سوخت) آغاز مي‌شود.
در محاسبات اوزان، نياز به اتخاذ تصميمي در خصوص برخي از پارامترهاي طراحي و يا عملكردي مي‌باشد كه در مرحله طراحي مفهومي لازم است تاثيرات اين تصميم‌گيري برروي وزن هواپيما ارزيابي شود كه اين كار توسط محاسبات آناليز حسايت تعين مي‌گردد. در نهايت با استفاده از اندازه‌نمودن عملكردي، فضاي طراحي ايجاد مي‌شود كه وظيفه اصلي طراح، انتخاب نقطه طراحي مي‌باشد كه با توجه به وزن هواپيما، مي‌توان سطح بال و قدرت مورد نياز موتور براي انجام ماموريت را به دست آورد.
5-1- تخمين وزن برخاست
در اين گزارش تخمين وزن برخاست هواپيما با استفاده از هواپيماهاي مشابه با ماموريت تعريف شده براي هواپيما و روش راسكام، انجام شده است به اين منظور روش كسر سوخت ابتدا نسبت وزن سوخت مصرفي به وزن برخاست محاسبه شده است و سپس با استفاده از ارتباط بين وزن خالي و وزن برخاست، وزن خالي هواپيما را بدست آورده و در نهايت وزن سوخت به وزن خالي و وزن برخاست با داشتن وزن محموله تعيين مي‌شود.
در پست بعدی یک مثال می زنم که بهتر متوجه بشین.

[hossien]

به طور كلي ، وزن كل هواپيما در حال برخاست را مي‌توان به صورت تركيب زير نوشت:
http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/9897.JPG

[hossien]

كه در رابطه فوق وزن محموله با توجه به نوع ماموريت هواپيما از سوي مشتري تعريف شده است ، بنابراين مي‌توان با استفاده از رابطه بين وزن خالي ، سوخت و وزن برخاست مولفه‌هاي وزني را به دست آورد . وزن سوخت هواپيما برابر تفاضل وزن ابتدا و انتهاي ماموريت است .
ديگر مجهولات ما در معادلات فوق وزن خالي هواپيما است كه با استفاده از هواپيماهاي مشابه و با توجه به تكنولوژي امروزي از روش لگاريتمي زير بدست مي‌آيد. جدول (5-1)، اطلاعات وزني هواپيماهاي مشابه از ديدگاه ماموريتي با هواپيما را نشان مي‌دهد و در نمودار (5-1)، ارتباط بين وزن خالي و وزن برخاست به صورت لگاريتمي نشان داده شده است.
جدول 5-1- اطلاعات وزني هواپيما هاي مشابه .




air craft





wto (lb)





we(lb)





1





Fan Wing uav





44.1





17.64





2





Nitro Hawk





22.05





9.261





3





G18I Aeolus





30.87





16.53





4





Kari Durumi





33.1





16.5





5





Eye ball





165.37





55.125




6



Eye ball





57.3





24.3







شکل 5-1 – ارتباط بين وزن خالي و وزن برخاست .

با توجه به معادله تكنولوژي بدست آمده از اطلاعات آماري هواپيماهاي مشابه رابطه بين حداكثر وزن برخاست و وزن خالي هواپيما به صورت معادله (5-5) داده مي‌شود.
(5-5)
با استفاده از معادله تكنولوژي (5-5) ، بايستي كسر سوختي در ماموريت محاسبه شود . به اين منظور ، بر اساس پروفيل ماموريتي ، ماموريت هواپيما به فازهاي مختلف شامل استارت و گرم شدن موتور ، صعود ، كروز ، پرسه زني و فرود تقسيم نمود و ميزان كسر سوخت را در هر مرحله محاسبه نمود. به اين منظور مي‌توان از اطلاعات هواپيماهاي مشابه استفاده نمود كه اطلاعات كسر سوخت بر حسب نوع كلاس هواپيما در جدول (5-2) نشان داده شده است. بر اساس اطلاعات جدول (5-2) اطلاعات كسر سوخت هواپيما با اطلاعات هواپيماهاي كلاس دو موتوره تقريب زده شده است.


این مباحث چون از پایان نامه خودم هست و عنوان اون هم طراحی و ساخت هواپیمای بدون سرنشین عمودپرواز بوده مثال هایی که زدم انواع هواپیماهای بدون سرنشین عمود پرواز هست البته تفاوتی نداره شما در طراحی باید این مراحل را انجام بدین فقط هواپیماهای مشابهی که قصد طراحی دارین رو جمع آوری و سپس مثل بالا جدول می کنید و نمودار اونو رسم می کنید و ... .
پیشنهادات و انتقادات خودتون را بنویسید تا من طبق اون این آموزش را جلو ببرم یا حتی نوع مدل یا طراحی خودتونو بگین مثال ها و ... از روی اون جلو ببرم.
پس منتظرم.

[hossien]

کسی پیشنهاد و یا انتقادی در این مورد و طراحی ندارد یعنی مطالب را طبق همین روال ادامه بدم؟

[amin_ir]

پس مهندس بقیش چی شد ؟!!!!
سراپا منتظر بقیش هستیم ..

[hossien]

پس مهندس بقیش چی شد ؟!!!!
سراپا منتظر بقیش هستیم ..
سلام
دوست عزيز چشم قول مي دم هفته اي يك مطلب جديد در اين باره ارسال كنم.
البته منتظر و همكاري شما دوستان هم هستماااا.

[hossien]

براتون از ابتدا تا فاز هاي پروازي رو فايل پي دي اف اونو مي زارم چون عكس اون آپلود نشد.
بعد از فاز هاي پروازي مطالب را مستقيم در اين بخش مي نويسم.

[hossien]

سلام
اين هم ادامه مطالب در مورد طراحي علمي اجسام پرنده و يا هواپيماهاي بدون سرنشين

[amin_ir]

دستت درد نکنه مهندس
اگر در ادامه مطالبتون ، در مورد طراحی موشک های مدل از جمله موشکهای کروز هم مطالبی دارید ، خیلی خوشحال میشوم که در این تاپیک قرار دهید {tongue}

[hossien]

دستت درد نکنه مهندس
اگر در ادامه مطالبتون ، در مورد طراحی موشک های مدل از جمله موشکهای کروز هم مطالبی دارید ، خیلی خوشحال میشوم که در این تاپیک قرار دهید {tongue}
خواهش مي كنم ولي يك كتاب در طمينه طراحي موشك هست فك كنم به دردتون بحوره.