وزن هواپیما موقع نشستن و بلند شدن

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1639

سپاس: 3160

جنسیت:

تماس:

وزن هواپیما موقع نشستن و بلند شدن

پست توسط rohamjpl »

میدونم حداکثر وزن هواپیما برای برخواستن بسیار بیشتر از وزنی است که او در زمان نشستن در خود داره اما با مصرف سوخت کاهش وزن داریم . این موضوع دلایل مختلفی دارد و مشخص ترین دلیل افزایش وزن بیشتر هواپیما در موقع نشستن این است که هواپیما در زمان نشستن ضربه های بیشتری به بدنه هواپیما وارد میشه نسبت به زمانی که می خواد تیک آف کنه و البته نشستن با وزن زیاد نیازمند سرعت تماس زیادی است که متوقف کردن هواپیما را با مشکل روبرو می کنه .
وزن هواپیماها در زمان فرود از وزن آن در زمان بلند شدن از روی باند(صعود) همواره کمتر است. این موضوع دو دلیل دارد یکی کاملا واضح و بدیهی و دومی کاملا فنی و ومهندسی هوافضا بسیار مهم هسش منم یک مثال در پایین نوشتم اوردم. دلیل اول آن مصرف سوخت است. این طبیعی است که وزن هواپیما پس از پیمودن مسیر و مصرف سوخت از وزن اولیه‌اش کم شود و در زمان فرود سبک‌تر شده باشد. اما دلیل دوم می‌گوید که هواپیما باید برای فرود وزنی متناسب با سرعت فرود و طول باند فرود داشته باشه.هواپیما با هر وزن و اندازه‌ای به کمک موتورهای قدرتمندش و داشتن یک سرعت اولیه بر نیروی جاذبه غلیه می‌کنه و از زمین بلند میشه اما با هر وزنی نمیتونه به آرامی بر زمین بنشیند. چون اگر وزن هواپیما با سرعتی که برای فرودش از قبل محاسبه و پیش‌بینی شده است تناسبی نداشته باشه نیروی جاذبه زمین برآن غلبه می‌کند و به جای فرودی آرام، بر زمین می‌افتد(سقوط می‌کنه). به همین دلیل است که اگر یک هواپیما پس از برخاستن از باند، بنا به هر دلیل بلافاصله به فرود نیاز داشته باشد، باید قسمتی از سوخت را تخلیه کنه میگن شرایط فلایت امرجنسی تا وزن آن کم شه من تو پست قبلی گفتم فیول دامپینگ در لندینگ اضطراری یک خلبان فقط در موارد بسیار نادر تصمیم به تخلیه سوخت می کنه. در شرایط اضطراری، خدمه پرواز می توانند تصمیم بگیرند هواپیما را تخلیه، کثیف یا سنگین فرود آورند. سوخت ریخته شده قبل از برخورد با زمین تبخیر می شود چرا سوخت ریخته می شود؟ دلیل تخلیه سوخت ساده است: کاهش وزن. هر هواپیمای معین دارای حداکثر وزن فرود (MLW) است که می تواند در آن فرود بیاید و در بیشتر موارد این وزن کمتر از حداکثر وزن برخاست (MTOW) آن است.هواپیما در مواقع اضطراری که پس از برخاست از فرودگاه مبداء مجبور به به بازگشت می شود و یا با میزان حجم سوخت نچندان کم مجبور به فرود اضطراری می شود باید اقدام به آزاد سازی سوخت خود کند این بدین دلیل الزاماتی است که هواپیما به هنگام فرود باید دارا باشد که توسط محدودیت های ساختاری که هواپیما دارد و یا طول و شرایط و خصوصیات باند بیان شده است و به وزن مناسب فرود برسه البته هواپیماهای مدرن مثل 350 و 787 و نیاز ندارند سپس اقدام به فرود نماید در غیر این صورت هواپیما فرود سلامت نخواهد‌داشت.هواپیمای غول پیکر مسافری ایرباس «ای380» با حداکثر وزن 560 تن از زمین بلند می‌شه و برای به زمین نشستن حداکثر وزن آن نباید بیش‌تر از 394 تن باشه. حداقل سرعت این هواپیما برای برخاستن از زمین 260 کیلومتر در ساعت است و برای به زمین نشستن حداقل سرعت آن باید 270 کیلومتر درساعت باشد آن هم در باندی به طول 3353 متر کاهش سریع وزن هواپیما، خلبانان دریچه های فنری را از طریق پانل تخلیه سوخت رها میکنندو اکنون سوخت اضافی به بیرون ریخته می شود. از طریق شلنگی که در نوک بال و دور از موتورهای هر بال قرار دارد، از هواپیما خارج می شود. بنابراین، چرا من به طور خاص به "فارش بارگذاری شده" اشاره کردم؟ دریچه‌ها اکنون به صورت الکترونیکی باز شده و باز می‌شوند. با این حال، در صورت خرابی الکتریکی در طول فرآیند تخلیه، فنر شیر را به حالت بسته خود باز می‌گرداند.اثرات وزن بر عملکرد پرواز. عملکرد برخاست/صعود و فرود هواپیما بر اساس حداکثر وزن برخاست و فرود مجاز آن تعیین می شود. وزن ناخالص سنگین‌تر منجر به تیک آف طولانی‌تر و صعود کم‌عمق‌تر و سرعت تاچ داون سریع‌تر و فرود طولانی‌تر می‌شود.میدونید منطقه تاچ داون - قسمتی از باند، فراتر از آستانه، جایی که قرار است هواپیما در ابتدا با باند فرود بیاید.اون نقطه تماس اولیه میگن Touchdown Zone TDZ بعد از آستانه باند و علامت گذاری تعیین باند قرار می گیرد. این کار برای اطمینان از فرود هواپیما در باند و ایجاد حاشیه ایمنی در مواردی انجام می شود که به عنوان مثال. خطای خلبان یا کاهش ناگهانی ارتفاع به دلیل برش باد یا تلاطم.
TDZ با جفت نوارهایی که به طور متقارن در دو طرف خط مرکزی باند قرار گرفته اند مشخص می شود. تعداد جفت ها به طول باند بستگی دارد (مثلاً یک جفت برای باندهایی که کوتاهتر از 900 متر هستند، 6 جفت اگر طول آنها 2400 متر یا بیشتر باشد و غیره). علامت گذاری نقطه هدف با یکی از این جفت ها منطبق است و به طور قابل توجهی گسترده تر است تصویر
هنگام فرود می خواهید از شر آن انرژی خلاص شوید. ساده ترین راه این است که موتور را خاموش کنید (یا وقتی چیزی می شکند) و اجازه دهید سرعت شما را کم کند و ارتفاع را با سرعت عوض کنید.تصویر
هنگام برخاستن هواپیما نیز سنگین تر خواهد بود زیرا سوخت بیشتری در هواپیما خواهد داشت. بنابراین برای سرعت بخشیدن و بالا بردن آن انرژی بیشتری لازم است.
این بسیار شبیه بالا رفتن از تپه و پایین آمدن از تپه است، بالا رفتن انرژی می خواهد و پایین رفتن به این معنی است که می توانید ساحل شوید.برخاستن با طول میدان موجود تعیین می‌شود، و بنابراین نیروی رانش موتور مورد نیاز برای به پرواز درآوردن هواپیما (قبل از اینکه از میدان خارج شوید) تعیین می‌شود. و در واقع، شما به یک میدان به اندازه کافی طولانی نیاز دارید تا در V1 بتوانید متوقف شوید و از انتها نیفتید.
بنابراین طراح باید نیروی رانش کافی داشته باشد تا آن را به اندازه کافی سریع به هوا ببرد، با سوخت کافی برای پرواز به جایی که باید به آن برسند. موتورهای بیشتر جرم بیشتر، هزینه بیشتر و سوخت بیشتر برای راه اندازی آنها دارند.
فرود با نیروی رانش موتور تعیین نمی شود، در واقع اندازه موتور کمی بر علیه شما کار می کند زیرا موتورهای بزرگتر سنگین تر هستند. فرود فقط به درگ و ترمز متکی است. در واقع شما می توانید با حداکثر وزن برخاست فرود بیایید، اما این یک حالت افراطی است و ممکن است ترمزهای خود را بسوزانید/لاستیک ها را باد کنید. حداکثر وزن فرود نیز باید آب و هوای بد را در نظر بگیرد، که طول باند مورد نیاز را افزایش می دهد. همچنین باید این احتمال را در نظر گرفت که ممکن است از فلپ ها برای درگ استفاده کامل نداشته باشید، بنابراین به ترکیبی از باند فرودگاه طولانی تر و ظرفیت ترمز کافی نیاز دارید.
جت های تجاری همه در مورد اقتصاد و مبادلات ایجاد شده در طراحی هستند. شما نیازی به داشتن حداکثر وزن فرود مانند حداکثر برخاست ندارید، مگر در موارد اضطراری بلافاصله پس از برخاستن.
همچنین به یاد داشته باشید که مجموعه‌ای از فرودگاه‌ها وجود دارد که طراحان می‌خواهند هواپیماهایشان بتوانند از آن بلند شوند و در آن فرود بیایند. همچنین مسیرهایی که می خواهند پرواز کنند، فواصل مشخصی دارند و برای رسیدن به آنجا به سوخت کافی نیاز دارند.
با افزایش وزن برخاستن، به بلند کردن بیشتر و نیروی رانش بیشتری نیاز دارید. و باید آن را در طول باند موجود انجام دهید. هنگامی که فرود می آیید، می توانید از آن بالابر استفاده کنید (چون آن را از ناحیه بال موثرتر دریافت کرده اید) اما به ترمز نیز نیاز دارید. ترمزها سنگین هستند و برای ساخت و نگهداری و همچنین نگهداری هزینه زیادی دارند.
وزن برخاستن از کم (فقط به اندازه کافی برای رسیدن به فرودگاه نزدیک) تا حداکثر متفاوت است: برای رسیدن به دورترین فرودگاه کافی است. وزن فرود در حالت ایده آل باید یکسان باشد: فقط وزن هواپیما خالی و ذخیره. هر چیزی بیشتر و چیزی اشتباه پیش رفته است. بنابراین هدف طراح این است و ایمنی کافی را در سیستم ایجاد می‌کند تا امکان فرود با حداکثر برخاست را فراهم کند، اما با احتمال دمیدن لاستیک‌ها، یا حداقل باید منتظر بماند تا ترمزها خنک شوند.
دلیل اصلی اینکه جت های تجاری بیشتر از رانش معکوس استفاده نمی کنند، قوانین نویز (و انتشار) است. در غیر این صورت می‌توانید به هر اندازه که می‌خواهید فرود بیایید: رانش معکوس می‌تواند حداکثر 20 تا 30 درصد نیروی رانش را به شما بدهد و در سرعت‌های بالا مؤثر است.
و اگر به نیروی رانش موتور نگاه کنید، تفاوت زیادی بین رانش حداکثر برخاست و کروز وجود دارد. هنگامی که در هوا هستید، به یک موتور خیلی بزرگ نیاز ندارید. اما فقط برای وارد شدن به هوا باید تمام حجم اضافی را حمل کنید.
در پروازهای کوتاه، یکی از مسائل مهم زمان خنک کردن ترمزها است. اگر دور زدن سریع دارید و فاصله زمانی زیادی بین فرود بعدی ندارید، ترمزهای شما زمان زیادی برای خنک شدن ندارند. در آن صورت حداکثر وزن هواپیما واقعاً موضوع نیست: شما سوخت زیادی حمل نمی کنید.متن نوشته:
من از یک رانش ثابت جهت رو به جلو (محلی)، یک نیروی وزن ثابت به سمت پایین از بالابر محاسبه شده با معادلات زیر که عمود بر سرعت هستند، و از کشیدن در جهت مخالف سرعت استفاده می کنم. من هم نیروی پایینی دارم که از آسانسورها تامین می شود.
من میگم ببنید ارابه فرود چه نیرویی موقع لندینگ تحمل میکنهابتدا باید سرعت ضربه و ویژگی فنر و میرایی ارابه فرود خود را بدونید
در تاچ داون سه حالت ممکن وجود دارد:
لندینگ گیر اصلی ابتدا زمین را لمس می کند. سپس هواپیما با سرعت زاویه ای $\omega_L$ به سمت پایین می چرخد. بنابراین، سرعت ضربه گیر دندهlandingدماغه شما است
$V_{Impact} = \omega_L \cdot d$
d: فاصله بین لندینگ گیر اصلی و دماغه ای.
لندینگ گیر دماغه ابتدا زمین را لمس می کند. هر دو ارابه فرود به طور همزمان زمین را لمس می کنند. برای زاویه لغزش γ سرعت ضربه به صورت زیر خواهد بود:
$V_{Impact} = V\cdot \sin(\gamma)$
V: سرعت هواپیما سفتی (k) و ویژگی میرایی (c) ارابه فرود عمدتاً به سیستم تعلیق و تایرهای مورد استفاده بستگی دارد. لاستیک هایی که با فشار نامناسب باد می شوند می توانند واقعا خطرناک باشند زیرا می توانند بار روی ارابه فرود را افزایش بدن
قرار دادن این داده ها در یک مدل دمپر فنریقریب خوبی هست
معادله ای برای حرکت دنده فرود دماغه به شما می دهد:
$m\cdot \ddot{x}+c\cdot \dot{x}+k\cdot x = -m\cdot g$
برای جرم کاهش یافته m در مدل از جرم حمل شده توسط لندینگ گیر دماغه استفاده کنید.
$m = LM \cdot \frac{d-d_{CG}}{d}$
dCG: فاصله از لندینگ گیر دماغه تا مرکز ثقل LM: جرم فرود هواپیماg: ثابت گرانش
شرط اولیه برای معادله دیفرانسیل:$\dot{x}(t=0) = -V_{Impact}$
ضربه در t=0 رخ می دهد.
برای محاسبه نیروی وارد بر دنده فرود دماغه فقط باید حداکثر شتاب را بیابید و بارهای استاتیکی و دینامیکی را اضافه کنید:
$F_{max}=-m\cdot g -m\cdot \ddot{x}_{max}$ من گفتم تو دنیای واقعی فرق داره و
در حالی که محاسبات بالا برای بال‌های واقعا سفت کار می‌کند، در حقیقت بارهای وارده به ارابه فرود (احتمالاً) بیشتر خواهد بود. این به دلیل نیروهای اینرسی ساختار هواپیمای نوسانی است.
اگر نمی‌دانید این نیروها از کجا می‌آیند، سعی کنید هنگام ایستادن دست‌های خود را بالا و پایین ببرید: نیروهای کوچکی را روی پاهای خود احساس خواهید کرد. اکنون آزمایش را با دو بال سنگین 60 تنی مانند A380 تکرار کنید و خواهید دید که نیروها قابل اغماض نیستند. و آیا نوسانات ناشی از آن هستند؟ مانند سیم گیتار: پس از یک تحریک کوچک (چیدن سیم ها/ ضربه فرود آمدن) سازه (سیم گیتار/ بال های هواپیما) شروع به نوسان می کند.
هواپیمای من بر اساس یک A320 با استفاده از انواع مختلفی از ارقام واقعی ساخته شده است. جرم 72000 کیلوگرم، طول بال حدود 35 متر، مساحت بال حدود 122 متر، نیروی رانش موتور هر کدام 110000 نیوتن است.
ریاضیات من تاکنون:
$L = C_L \cdot \frac{\rho}{2} \cdot v^2 \cdot A$
$D = C_D \cdot \frac{\rho}{2} \cdot v^2 \cdot A$
CL با یک جدول در برابر زاویه حمله که در آن 0∘=0.5، 5∘=1.1، 10∘=1.45 و غیره تخمین زده می شود.
CD تخمین زده می شود، که در آن $C_{D_{min}} = 0.025$، e=0.75، و $AR = \frac{\text{Wing Span}^2}{\text{Wing Area}}$، به صورت:
$C_D = C_{D_{min}} + \frac{{C_L}^2}{\pi \cdot AR \cdot e}$
موضوع:
وقتی هواپیما شتاب می گیرد تا حدود 300 گره از زمین بلند نمی شود. هنگامی که این کار را انجام می دهد، لحظه ای به پایین سقوط می کند، از باند رد می شود و سپس به سرعت بالا می رود.
نیروهای آسانسور به وضوح اشتباه می کنند. قبل از این، من فقط از یک نوار لغزنده ساده استفاده می‌کردم که در آن نیرویی را به صورت دستی برای اعمال به آسانسور انتخاب می‌کردم که بین -300000 نیوتن تا 300000 نیوتن باشد. سپس سعی کردم از معادله بالابر با تخمین اندازه و مساحت بال استفاده کنم، اما نیرو بسیار قوی بود. گشتاور زیادی تولید می کرد و هواپیما تقریباً در محل می چرخید. همچنین مطمئن نبودم که چگونه معادله بالابر را با ورودی کاربر کنترل کنم.
نیروی کشش نیز به درستی کار نمی کند. حتی وقتی نیروی رانش را به صفر می‌رسانم، نیروی پسا تولید شده آنقدر ناچیز است که برای همیشه طول می‌کشد تا سرعت هواپیما کاهش یابد.تصویر
نیروهای اعمال شده به هواپیما
با همه اینها، در اینجا چند سؤال خاص وجود دارد:
آیا کسی می تواند کاری را که من اشتباه انجام داده ام راهنمایی کنه؟ آیا معادلات / ثابت ها / برنامه های کاربردی و غیره خوب هستند؟
آیا یک هواپیمای واقعی پس از رسیدن به سرعت معینی (بدون ورودی آسانسور از سوی خلبان) به تنهایی از روی زمین بلند می شود؟
آیا معادله ای برای تثبیت کننده های افقی وجود دارد؟ آیا این فقط معادله بالابر معمولی است اما به سمت پایین هدایت می شود؟
چگونه فلپ ها، آسانسورها، ایلرون ها و غیره بر معادله بالابر تاثیر می گذارند -- چگونه می توانم این را به طور دقیق با ریاضیات مدل کنم؟نیروهای بالابر در کجا اعمال می شوند؟ آیا همیشه در مورد مرکز جرم حتی هنگام چرخش/بالا رفتن اعمال می شود؟
اگر وحدت برای شما نیروها را کنترل می کند، پس باید هر نیرو را در نقطه ای از صفحه ای که در آن نیرو ایجاد می شود اعمال کنید. به عنوان مثال برای بال های خود نیروی بالابر هر بال را در مرکز جرم آن بال اعمال کنید. نیرویی را در مرکز جرم کل هواپیما اعمال نکنید. به این دلیل که یونیتی فقط می تواند گشتاور صحیح را از این طریق محاسبه کند.
یکی از نرم افزارهایی که در چنین شبیه سازی کار خوبی انجام می دهد، برنامه فضایی کربال است. پیشنهاد می کنم این آموزش طراحی هواپیما برای آن بازی را مطالعه کنید. اساساً مرکز بالابر (CoL)باید بالاتر از مرکز جرم (Comm) باشد. اگر سطوح کنترلی متحرکی در هواپیما دارید، باید به گونه‌ای قرار بگیرند که برای پایداری، CoL کمی در پشت CoM قرار گیرد، اما وقتی سطوح کنترل را حرکت می‌دهید، CoL کمی جلوتر از CoM حرکت می‌کند. پس از آن هواپیما فقط در هنگام بالا کشیدن بلند می شود.
برای محاسبه CoL باید مجموع تمام نیروهای بالابر روی بدنه را در نظر بگیرید و سپس نقطه ای را نسبت به CoM محاسبه کنید که در آن کل نیروی بالابر همان گشتاوری را ایجاد می کند که تمام نیروهای بالابر با هم ایجاد می کند. اما شما همچنین می توانید فقط با موقعیت بال های خود بازی کنید تا زمانی که یک هواپیمای پایدار به دست آورید.
من این معادلات را پیدا کردم:
$\sum{F}_x=m\,a=F-R-W\tag 1$
$\sum{F}_y=N+A-m\,g=0\tag 2$
که در آن: نیروی رانش F
R=μN نیروی مقاومت غلتشی
$W=\frac{1}{2}c_W\,\rho\,S\,v^2$ نیروی مقاومت هوا
نیروی بالابر $A=\frac{1}{2}c_A\,\rho\,S\,v^2$
ناحیه بال Sاز معادله (2)
$N=m\,g-A=m\,g-\frac{1}{2}c_A\,\rho\,S\,v^2$
بنابراین برای N=0 دریافت می کنیم:
$v_S^2=\frac{2m\,g}{c_{AS}\,\rho\,S}$
جایی که cAS<cA
از معادله (1) بدست می آورید:
$m\,a=F-R-W=F-\mu\left(m\,g-\frac{1}{2}c_A\,\rho\,S\,v^2\right)
-\frac{1}{2}c_W\,\rho\,S\,v^2$
پس از مقداری محاسبه و با $c_R=c_W-\mu\,c_A$ به دست می آورید:
$a(v)=\frac{c_R\,\rho\,S}{2m}\left(\underbrace{2\frac{F-\mu\,m\,g}{c_R\,\rho\,S}}_{v_E^2}-v^2\right)$
هواپیما فقط زمانی می تواند بلند شود که vE>vS باشد
فاصله برخاست:
$s_S=\int_{0}^{v_S}\,\frac{v\,dv}{a(v)}=-\frac{m}{c_R\,\rho\,S}\ln\left(1-\frac{v_S^2}{v_E^2}\right)$
برای ایرباس A340 با:F= 600 [kN] وm= 275 [t] وS=362 [m2] وμ=0.04وcAS=1.9,cA=1.5وcA/cW=5وρ=1.21 [kg/m3]
شما دریافت می کنید:vS=290[km/h]
vE=348 [کیلومتر در ساعت] وsS=3085[m]hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست