17634

17634

شبيه سازي و تعيين پارامترهاي موثر بر عملكرد جاذب گازي روغني در ارابه فرود هواپيما

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - آئروديناميك

خرداد 1396

دكتر بيژن محمدي

دكتر شهرام درخشان

مكانيك

ارابه فرود زيرسيستمي از يك وسيله پرنده است كه به آن امكان نشست، برخاست و حركت بر روي زمين را مي‌دهد. ضربه‌گير تأثيرگذارترين عضو در عملكرد ارابه فرود است. ضربه‌گير گازي-روغني، هم نقش فنر و هم مستهلك‌كننده‌ي انرژي را دارد. رفتار سيالات (گاز و روغن) و جريان آن‌ها در داخل ضربه‌گير، تعيين‌كننده‌ي پاسخ ضربه‌گير به تحريكات مختلف است. پيش‌بيني رفتار ارابه فرود و جريان داخل ضربه‌گير مي‌تواند در مراحل طراحي، بهينه‌سازي و بررسي عملكرد آن، از هزينه‌ي آزمايش‌هاي تجربي (مانند رهايش) بكاهد. مدل‌هاي سنتي ارابه فرود، توانايي پيش‌بيني رفتار سيالات ضربه‌گير را ندارند. در اين پايان‌نامه مدلي جديد از حل تركيبي معادلات حركت ارابه فرود با تحليل عددي جريان داخلي ضربه‌گير ارائه شده است. اين روش تركيبي، مزيت‌هاي مدل‌سازي سنتي در بررسي عملكرد ارابه فرود را با دقت حاصل از تحليل عددي جريان در كنار هم قرار مي‌دهد. تحليل عددي جريان، به ‌صورت دوفازي، با يك فاز تراكم‌پذير و در شرايط آشفته انجام گرفته است. مدل VOF براي توصيف ارتباط دو فاز، مدل k-ε براي مدل‌سازي آشفتگي و معادله حالت ردليچ-كنگ-سو براي توصيف تراكم‌پذيري گاز استفاده شده است. حركت پيستون با روش مش متحرك شبيه‌سازي شده است. مدل‌سازي آزمون رهايش ارابه تا انتهاي اولين كورس ضربه‌گير، نشان از تأثير 80 درصدي ضربه‌گير در كاهش شتاب وارده به بدنه دارد. در طول فرآيند توان پلي‌تروپيك گاز تابعيتي درجه 4 از كورس دارد. ضريب تخليه‌ي اوريفيس پس از توسعه‌ي كامل جريان به ميزان حدي خود مي‌رسد. ميزان حدي براي اوريفيس لبه‌گرد 88/0 و براي اوريفيس لبه‌تيز 71/0 است. رفتار ضريب تخليه‌ي اوريفيس لبه‌تيز، قبل از رسيدن به ميزان حدي خود در جريان آشفته متفاوت است. نحوه‌ي اختلاط گاز و روغن و تغييرات دمايي گاز در طول كورس، از افزايش 50 درجه‌اي دماي حباب‌هاي بزرگ گاز در اثر تراكم خبر مي‌دهد؛ اما حباب‌هاي كوچك با روغن هم‌دما مي‌شوند. با بررسي رشد لايه‌مرزي روي سطح اوريفيس به وجود آمدن حباب جدايش مشخص مي‌گردد. حباب جدايش 20 درصد از مقطع عبور جريان از اوريفيس را مسدود مي‌كند. ديناميك حركت ارابه فرود با تغيير در پارامترهاي حجم اوليه‌ي روغن، فشار داخلي اوليه، لزجت روغن و هندسه‌ي لبه اوريفيس بر عملكرد ارابه فرود بررسي شده است.

1396/04/28

1/1/1900 12:00:00 AM

The landing gear is an aircraft subsystem which is essential for landing, takeoff and taxing maneuver. Shock absorber is the most important part of the landing gear. Oleo-pneumatic shock absorber works as both spring and damper. Response of shock absorber to different excitation depends on fluids (gas and oil) and their flow inside shock absorber tubes. Prediction of landing gear behavior and its interior flow can reduce the cost of unavoidable experiments of design, optimization and performance analysis process. Drop test is one of the most practical experiments. Landing gear traditional dynamic modeling is not able to predict the behavior of fluids in shock absorber. Current study presents a new hybrid method for modeling dynamic of landing gear in drop test. This method solves the landing gear equations of motion with respect to numerical analysis of fluids flow inside the shock absorber. Traditional dynamic modeling has advantages in performance determination of landing gear. Fluid flow simulation has high accuracy level. Hybrid method, combines advantages of traditional models with precision of the numerical flow simulation. Turbulence flow inside shock absorber has been simulated with two phases (gas as compressible phase). VOF model has been applied to describe the relationship between two phases. Turbulence has been solved with k-ε model. Redlich-Kong-Saove equation of state has described the compressibility of gas. The movement of piston has been simulated using dynamic mesh method. Modeling of first compression stroke shows that acceleration is reduced 80% from tyre to body due to effect of shock absorber. Polytropic exponent of gas has been determined as a function of stroke. This function is fourth degree polynomial. Orifice discharge coefficient reaches its fix value after flow development. This fix value of Orifice discharge coefficient is 0.88 for rounded-edge orifice and 0.71 for sharp-edge orifice. Behavior of discharge coefficient during development in turbulent flow is different for sharp edge orifice. Phases and temperature distribution shows 50ᵒC increase in temperature of biggest gas bubble caused by condensation during the stroke. However, small bubbles are isotherm with oil. Separation bubble is determined by studying growth of the boundary layer on the surface of the orifice. Separation bubble blocks 20% of the cross-sectional area of orifice. Landing gear dynamics is investigated with change in initial volume of oil, the initial internal pressure, oil viscosity and the geometry of the orifice edge.