بقلم المهندس والباحث الجامعي عامر الدرابسه 

تفرض مجموعة كبيرة من المتطلبات ، مثل الديناميكا الهوائية والقوة والاستقرار والقدرة على التصنيع والسعر وغيرها الكثير ، قيودًا على هياكل الطائرات المختلفة ومظهرها الهندسي وعملية التصميم. ومع ذلك ، نظرًا للتصميم المحدود وأساليب وطرق التصنيع ، فإن توزيع المواد في المنتجات غالبًا ما يكون غير منطقي وغير مثالي. مع تطور الهندسة والتكنولوجيا باستخدام أحدث أنظمة التصميم بمساعدة الكمبيوتر وطرق النمذجة الرياضية ، أصبح من الممكن إنشاء هياكل وأجزاء وهياكل ذات شكل فريد معقد لم يكن ممكنًا الوصول إليه سابقًا. وتشمل هذه التحسين الطوبوغرافي ، الذي يمتد حدود التصميم ويجعل من الممكن الحصول على زيادة كبيرة في الوزن مع ضمان الخصائص الضرورية المتبقية للمنتج المستقبلي.

الهدف من العمل هو تقليل وزن هيكل الجناح المصنوع من مواد البوليمر المركبة مع ضمان أقصى قدرة تحمل.

تم اعتبار الجناح الممزق ، ذي المظهر الديناميكي الهوائي غير المتماثل ، مع 35 مترًا من طائرة ركاب متوسطة المدى ، كهدف للدراسة. كان النموذج الهندسي عبارة عن غلاف ، مما شكل السطح النظري للجناح ودائرة القوة الهيكلية للغواص: اثنان من الأقطاب ، خمسة عشر ضلعًا ، أحد عشر سلسلة (لكل غلاف). لم يؤخذ مخطط القوة الهيكلية للأنف والأجزاء الخلفية للجناح في الاعتبار. الحبال الجذرية والنهائية 6 و 1.3 م ، على التوالي.

كما تم اختيار الأحمال:

• السحب الديناميكي الهوائي حسب زاوية الهجوم ؛

• وزن المحرك (2400 كجم ، موزعة حسب الحجم) ؛

• وزن التشغيل الميكانيكي للجناح (20 كجم لكل منهما ، مع مراعاة السوائل الهيدروليكية) ؛

• وزن خاص بتصميم الغواص.

تم إجراء الحسابات لطريقة الطيران المبحرة بسرعة 242 م / ث ، على ارتفاع 11500 م.تم اختيار ثلاث زوايا رئيسية للهجوم: 0 ° ، + 11 ° ، -7 °.

يتم النظر في العديد من نماذج التصميم ، سواء من مادة متناحية (سبائك الألومنيوم) ومن متباين الخواص (ألياف الكربون).

بالنسبة للجناح المتناحي: يعتبر معيار التحسين لتقليل وزن هيكل الجناح ، ويجب ألا يقل حجم المادة المتبقية عن 25 ٪ من الأصل. كان معيار التوقف هو الفرق بين قيم دالة الهدف خلال تكرارين ، لا يتجاوز 0.1٪.

عند اختيار المعلمات الهندسية للجناح المصنوع من مواد البوليمر المركبة ، تم تقليل كتلة الهيكل. كقيود ، تم اختيار الحد الأقصى من الإزاحة المسموح بها في الجزء النهائي من الجناح اعتمادًا على زاوية الهجوم وعامل الأمان للهيكل (وفقًا للضغوط والسلالات ومعيار تسايا وو). كما تم اعتبار معيار التوقف هو الفرق بين قيم دالة الهدف خلال تكرارين لا يتجاوز 0.1٪.

تم تحديد أنه بالنسبة للخيارات التي تحتوي على أكبر عدد من طبقات التراص المختلفة ، يكون وزن الهيكل هو الأصغر ، والذي يرتبط بتباين خواص المواد. يمكن تقوية المناطق المحملة محليًا ، مع طبقات بمساحة صغيرة ، بينما مع وضع شبه قياسي موحد الخواص ، يلزم وجود حزمة طبقات من السماكة القصوى في جميع أنحاء الجناح. ونتيجة لذلك ، يتم تقليل كتلة الهيكل. ومع ذلك ، لتنفيذ مثل هذه الحسابات سوف تتطلب المزيد من الوقت والعمل.

ثبت أن حدود مناطق المواد المخزنة منحنية. لذلك ، من المنطقي أن نفترض أن استبدال عناصر الطاقة المستطيلة المستطيلة المستخدمة حاليًا بالعناصر المنحنية يمكن أن يؤثر على خصائص قوة الكتلة للجناح ، خاصةً مصنوعة من مواد البوليمر المركبة - مادة ذات تباين واضح في الخصائص. سيتم استخدام البيانات التي تم الحصول عليها لنمذجة عناصر القوة غير القياسية لشكل منحني.

نتيجة لتحسين تصميم الجناح وكيسون الطاقة تحت تأثير الأحمال التشغيلية في عدة زوايا للهجوم ، تم الحصول على وتحليل ما يلي:

• توزيع المواد على حجم جناح المواد المتناحية وعناصر الطاقة الفردية ؛

• الخصائص الهندسية للعناصر المجنحة المصنوعة من مواد البوليمر المركبة مع تكديس مختلف عن شبه متناحي مع خطوات اتجاه طبقة مختلفة ؛

• المناطق الأكثر تحميلا من الهيكل.

• الشكل الهندسي لمناطق التسليح للعناصر الإنشائية.

يسمح استخدام الخوازيق مع عدد كبير من الطبقات ذات الاتجاهات المختلفة بتقليل وزن المنتج النهائي عن طريق تكييف دائرة التعزيز مع الأحمال الحالية مع الحفاظ على الإزاحة الهيكلية ، ولكن يمكن أن يعقد تكنولوجيا التصنيع.

سيتم استخدام البيانات والنماذج الهندسية التي تم الحصول عليها لنمذجة عناصر القوة غير القياسية لشكل منحني.

نتائج هذا العمل هي جزء من منهجية التجميع لتصميم جناح من المواد المركبة البوليمرية وسوف تؤخذ بعين الاعتبار وتستخدم في تجميعها.