نوامبر 30, 2020

قابلیت اطمینان

نسل دوم از نازل های مکانیکی کنترل بردار نیروی پیشران با قابلیت انطباق بر روی هواپیماهای معمولی طراحی شده اند. این نازل ها با تغییرات هندسی پیچیده تر مثل برگرداندن دیوار کناری و اریب کردن گلوگاه به روش مکانیکی و ترازگر نازل طراحی شده بودند. نازل های اس.سی.اف.ان پرات و ویتنی و نازل های پی/وای.بی.بی.ان نمونه هایی از این نازل ها می باشند. در استفاده از این نازل ها پارامتر هایی همچون وزن، نیروی پسا، قابلیت اطمینان سیستم و تعمیرونگهداری بهبود یافته اند. به عنوان یک نتیجه از بررسی و ارزیابی دقیق یکپارچه سازی این سیستم بر روی هواپیماها، اثربخش بودن و قابل اجرا بودن آن با استفاده از تونل باد، تست های پرواز و شبیه سازی های محاسباتی، به اثبات رسیده است و این تکنیک مکانیکی کنترل بردار نیروی پیشران بر روی هواپیماهایی مانند اف-22، میگ-29 و هریر اجرا شده است [5]. اکثر هواپیماها و موشک های کنونی که از تکنیک کنترل بردار نیروی پیشران بهره می برند، با استفاده از پره و یا با نازل های گردنده این عمل را انجام می دهند. استفاده از ترازگرهای نازل بیشتر در تجهیزات فضایی و مخصوصاً موشک ها مرسوم است. در برخی از فضاپیماها کل موتور برای کنترل بردار نیروی پیشران تراز می گردد و به کمک عملگرهای هیدرولیک کنترل می شود. این شیوه در موتور شاتلمورد استفاده قرار گرفته است.
البته روش اریب کردن گلوگاه به شیوه مکانیکی بسیار پیچیده است. در هواپیماهایی که از پس سوز استفاده می کنند از این جهت که پس سوز باعث تغییر دمای زیادی در خروجی موتور می شود و عملکرد موتور را دستخوش تغییر می کند، برای حفظ جریان ثابت و فشار مناسب در خروجی، قطر گلوگاه نازل باید به میزان 50 الی 100 % نسبت به حالت عادی پروازی افزایش یابد. این عمل به همراه کنترل بردار نیروی پیشران شکل مکانیکی بسیار پیچیده ای به خود می گیرد که متشکل از صد ها قطعه، درزگیر، عملگر هیدرولیک و بالک است که علاوه بر اینکه به طور منظم کار می کنند، باید در تغییرات شدید دما و فشار که اتفاق می افتد با تلرانس کمی آب بندی باشند. در کنترل گلوگاه بوسیله جریان سیال بسیاری از این مشکلات برطرف می شود که مفصلا توضیح داده خواهد شد. روش برگرداندن دیواره کناری نیز به صورت ترکیبی با یکی از شیوه های کنترل بردار نیروی پیشران به روش مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرد که باعث بهبود عملکرد نازل می شود [14].
نازل های کنترل بردار پیشران که از عملگرهای مکانیکی استفاده می کنند مانند آنهایی که در بالا شرح داده شده، به رغم نتایج بسیار خوب و استفاده از این تکنولوژی در هواپیماهای مدرن، دارای یکسری معایب نیز می باشند. عملگرهای مکانیکی هیدرولیکی استفاده شده در این سیستم ها به منظور افزایش زاویه انحراف بردار پیشران، برای وزن ناخالص هواپیما یک عیب محسوب می شوند. نازل های پیچیده استفاده شده در هواپیماهای اف-15 و اف-22 تقریباً 50 % سنگین تر از نازل های دیگر می باشند، به عنوان مثال در هواپیمای اف22 که کار کمپانی لاکهید مارتین است، 30% وزن موتور مربوط به عملگرهای کنترل بردار پیشران می باشد و این باعث می شود که قابلیت های پیشرفته خود را از دست بدهد [14و15].
این چنین مکانیزم هایی بر روی گاز های خروجی اگزوز با دمای بالا به کار می روند و از اینرو نیازمند سیستم های سرمایش پیچیده و یا استفاده از مواد مقاوم در برابر دما می باشند. به همین دلیل هزینه های تولید و بهره برداری همچنین انتظار می رود که افزایش یابد. علاوه بر این، یکی از جنبه های اساسی که در هر سیستم کنترل نیز باید درنظر گرفته شود، پاسخ دینامیکی می باشد. زمانیکه عملگرهای مکانیکی استفاده می شوند، پاسخ جت توسط پاسخی از عملگرها محدود می شود. نمونه هایی از نازل های جهت دهی بردار نیروی پیشران به روش مکانیکی در شکل های زیر نشان داده شده است. ‏شکل (1-3) نازل مکانیکی کنترل بردار نیروی پیشران را، بر روی هواپیمای سی هریر اف آ.2 زآ 195 نشان می دهد. و ‏شکل (1-4) نازل جی ایی متقارن محوری مکانیکی کنترل بردار پیشران را بر روی هواپیمای اف-16ام.آ.تی.وی نشان می دهد.

نوشته ای دیگر :   اصل قانونی بودن مجازاتها

نازل مکانیکی جهت دهی بردار نیروی پیشران بر روی هواپیمای سی هریر [16]
نازل متقارن محوری مکانیکی جهت دهی بردار پیشران بر روی هواپیمای اف-16 [16]
روش سیالی جهت دهی بردار نیروی پیشران
با توجه به نقطه ضعف ها و دلایل ذکر شده در روش های مکانیکی جهت دهی بردار نیروی پیشران محققان در کنترل جریان به دنبال راه حل های دیگر هستند. از اینرو محققان می خواهند بدون استفاده از قطعات متحرک خارجی روش های جدیدی را برای رسیدن به همان قابلیت ها و توانایی های جهت دهی بردار نیروی پیشران مورد بررسی قرار دهند. یک روش جایگزین، جهت دهی سیالی بردار نیروی پیشران می باشد، که از سال 1990 مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش به جای انحراف قطعات مکانیکی برای ایجاد جهت دهی بردار نیروی پیشران از یک نازل سیالی با استفاده از یک یا چند جریان هوای ثانویه برای تغییر مسیر جت اولیه استفاده شده است، بنابراین دستیابی به جهت دهی بردار نیروی پیشران بدون استفاده از قطعات متحرک می باشد. نازل های سیالی از لحاظ نظری، جهت دهی بردار پیشران را فراهم می کنند و همچنین مشکلات مرتبط با قطعات مکانیکی را نیز حذف می کنند [15]. مزیت های اصلی این نوع از تکنولوژی در مقایسه با روش های مکانیکی عبارتند از : حذف قطعات متحرک، ساده سازی تجهیزات سخت افزاری، کاهش وزن، کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری و هزینه های مربوط به آن، سر و صدای کم و پاسخ دینامیکی سریع به دستگاه های سیالی [17].
علاوه بر این، نازل های سیالی جهت دهی بردار نیروی پیشران دارای ویژگی رادارگریزی و خفای بهتری نسبت به همتاهای مکانیکی خود می باشند. و همچنین این نازل ها دارای مشخصه هایی از عملکرد در مرحله پس واماندگی می باشند و مسافت لازم را برای بلند شدن و فرود آمدن کاهش می دهند و سبب بهبود چابکی در نبرد های نظامی نیز می شوند [10]. این نازل های سیالی می توانند جهت نیروی پیشران را تا زوایای مناسب تغییر دهند و از قرار گرفتن سطوح کنترل به طور مستقیم در معرض گازها با درجه حرارت بالا در خروجی از اگزوز جلوگیری می کنند. با توجه به مزایای این روش در برابر روش های مرسوم، تکنولوژی سیالی جهت دهی بردار نیروی پیشران می تواند به عنوان یک نازل مناسب تر برای عملکرد بالای هواپیما مورد استفاده قرار گیرد. آنچنانکه از تکنیک های سیالی انتظار می رود زمانیکه آنها را با طرح های مکانیکی مقایسه می کنیم وزن نازل تا 80 % و هزینه های نگهداری تا 50 % کاهش پیدا می کند [18].
بنابر دلایل ذکر شده در بالا جهت دهی بردار نیروی پیشران به روش سیالی به عنوان یک تکنولوژی بسیار امیدوار کننده ظاهر شد و تکنیک های مختلفی از این تکنولوژی توسعه پیدا کرده است.
این واقعیت که تکنولوژی جهت دهی سیالی بردار نیروی پیشران بر روی وسایل نقلیه هوایی به کار گرفته نشده است، دلالت بر این نکته دارد که هنوز لازم است تحقیقات و پیشرفت های بیشتر بر روی اثرات و کاربردهای آن انجام گردد.
انواع تکنیک های جهت دهی بردار نیروی پیشران به روش سیالی :
به طور کلی اکثر طرح های سیالی برای جهت دهی بردار نیروی پیشران با استفاده از تزریق جریان ثانویه به جت اصلی برای انحراف گسترش یافته اند، و یکی از اولین طرح های جهت دهی سیالی بردار نیروی پیشران که توسعه یافته است، احتمالا جهت دهی با استفاده از تزریق ثانویه بوده است. جهت دهی بردار پیشران با استفاده از تزریق ثانویه برای درجه های کمی از انحراف تولید می شود مگر آنکه جریان های ثانویه با شار جرمی خیلی بزرگتر تزریق شود [19]. این عمل سبب می شود که روش جهت دهی تزریقی بردار پیشران به جای کنترل هواپیماها بیشتر برای تصحیح مسیر راکت ها یا موشک ها قابل قبول باشد. اصول کار این روش بدین صورت می باشد که با تزریق جریان ثانویه به جت اولیه مافوق صوت سبب ایجاد یک موج ضربه ای می گردد که باعث به وجود آمدن یک عدم تقارن در میدان جریان می شود که مسئول نیروی جانبی ایجاد شده در نازل خواهد بود.
یک مثال دیگر از این روش برای کنترل جریان، جهت دهی بردار پیشران با استفاده از لایه مرزی می باشد که نازل استفاده شده در این روش به صورت شماتیک در ‏شکل (1-5) نشان داده شده است.
Separated Region
Secondary Flow
Region
Primary Flow
Separated Region
Secondary Flow
Region

نوشته ای دیگر :   تفاوتهای تنها بودن واحساس تنهایی از نظر روان شناختی