Analiza e Projektimit të Materialit të një Trunji

Përmbajtje

• Funksionet e një Trunnioni
• Kufizimet dhe objektivat
• Variablat Falas
• Analiza e materialeve
• Vlerësimi i materialeve
• Përfundim
• Punime të Cituara

Claire Miller po studion një diplomë në Inxhinieri Hapësirë ​​ajrore dhe aktualisht po lufton me MATLAB për disertacionin e saj. Snacks janë të mirëseardhura.

Pajisjet e uljes së një avioni kanë një numër kërkesash të paraqitura mbi të. Ajo duhet të jetë në gjendje të thithë energjinë e goditjes nga ulja, të lejojë që avioni të drejtohet dhe në fund të fundit të mbështesë avionin kur është në tokë. Me njohuritë teknologjike që janë në dispozicion, shumica e avionëve tani kanë karroca të anulueshme për të zvogëluar tërheqjen parazitare që përjeton avioni - një specifikim tjetër teknik për pajisjet e uljes.

Një pjesë e veçantë e sistemit të marsheve të uljes që ky raport do të hetojë është trungu. Kjo është një mbështetje strukturore fikse që është një pjesë e (ose bashkangjitur) cilindrit të sipërm të mbështetëses së një mbështetësi të ingranazhit të uljes. Ai përmban sipërfaqe mbajtëse, gjë që lejon rrotullimin e të gjithë montimit të ingranazheve për drejtimin.

Ky raport do të shqyrtojë objektivat dhe funksionet e trungut dhe do të hetojë materialet më të përshtatshme që mund të përdoren për përbërësin. Konkretisht, raporti do të marrë në konsideratë trungun e përdorur në karrocën kryesore të portit të F-35 Joint Strike Fighter, pasi Departamenti i Mbrojtjes rekomandoi rregullime të mjeteve të uljes F-35C në Janar 2017 (Mizokami, 2017). Nga atje, një studim rast i materialeve dhe metodave të prodhimit që mund të përdoren mund të bashkohen, dhe pastaj ta krahasojnë këtë me atë që përdoret aktualisht dhe atë që sugjerojnë punime akademike dhe revista.

Funksionet e një Trunnioni

Sipas Dale Crane në Vëllimin 1 të serisë së librave të Teknikut të Mirëmbajtjes së Aviacionit, trungjet janë "parashikime nga cilindri i një mbështetësi të tërheqjes së ingranazhit të uljes, rreth të cilit strumbullarët tërhiqen" (Crane, 2006). Qëllimi i një trungu është të mbështesë strukturor ingranazhin e uljes në mbajtjen e peshës së avionit kur nuk po fluturon. Kjo përfshin gjatë ngritjes, uljes dhe taksimit, si dhe kur është statike, dhe kështu pajisjet e uljes i nënshtrohen disa sforcimeve dhe sforcimeve të ndryshme në drejtime të ndryshme deri në shtrirje të ndryshueshme, në varësi të detyrës në fjalë dhe llojit të mjedisit që i nënshtrohet te Nga mjedisi, është e rëndësishme të merren parasysh situata të ndryshme, siç është lloji i sipërfaqes së uljes - qoftë ajo tarma, bora, bari, etj; lartësia nga niveli i detit; dhe hyrjet e pilotit të tilla si kthesat e mprehta ose graduale dhe frenimi, ulje e ashpër ose e butë, etj. Ekziston një larmi e konsiderueshme e gjerë e variablave që mund të ndikojnë ndryshe në forcat e nënshtruara nën transportit të avionit.

Një tjetër gjë kryesore që faktorizon streset dhe sforcimet që i nënshtrohet karrocerisë është modeli i karrocës. Ekzistojnë disa lloje të karrocave, me më të popullarizuarat tani biçikleta me tri rrota - një rrotë hunde dhe dy rrota kryesore - për shkak të karakteristikave të saj të mira të trajtimit të tokës dhe qëndrueshmërisë. Karrocat e anulueshme janë gjithashtu të njohura në modelet moderne. Aeroplanët e hershëm kishin fiksuar karrocat nënujore dhe kishin lundruar me shpejtësi të ngadaltë të ajrit, kështu që zvarritja e parazitëve nuk ishte një konsideratë kryesore në dizajn. Sidoqoftë, kur shpejtësia u bë e një rëndësie të madhe për avionët, ingranazhi i anulueshëm i uljes u prezantua për të zvogëluar këtë tërheqje të parazitit dhe për të krijuar një formë më të efektshme kur fluturonte.

F-35 ka një karrocë me tre rrota të anulueshme, me mbështetje goditëse Oleo për të lagur dridhjet dhe për të thithur energjinë e goditjes nga ndikimi i uljes. Sidoqoftë, trungjet në pajisjet e uljes i nënshtrohen disa streseve të prerjes nga ndikimi i uljes dhe peshës së avionit kur janë statike dhe gjatë taksimit. Trungu në rrotën kryesore të hundës gjithashtu do të duronte çift rrotullues nga drejtimi, dhe kur karrexhati tërhiqet dhe ulet.

Kufizimet dhe objektivat

Materiali i një trungu do të duhet të jetë në gjendje të përballojë një sërë sforcimesh dhe sforcimesh të ndryshme tërheqëse dhe qethjeje gjatë gjithë jetës së tij në shërbim, dhe për këtë arsye ka një modul të lartë të elasticitetit dhe modulit të ngurtësisë. Do të duhej gjithashtu të ishte mjaft e vështirë në mënyrë që të zvogëlohej sasia e konsumimit dhe lodhjes nga cikli i vazhdueshëm i tërheqjes dhe uljes së karrocës, pasi kjo është pika kryesore kryesore për karrocën e anulueshme. Kjo gjithashtu do të hyjë në lojë gjatë drejtimit.

Një kufizim tjetër shumë i rëndësishëm është rezistenca ndaj korrozionit. Në tokë trungu do të ekspozohet ndaj elementeve. Gërryerja mund të rritet dhe të rrezikojë funksionalitetin dhe aftësinë e fluturimit të avionit, duke çuar në riparime të shtrenjta dhe zëvendësimin e parakohshëm të përbërësve.

Trunji gjithashtu do të duhet të jetë në gjendje të durojë një energji shoku nga ngritja dhe ulja që sistemi i amortizimit të karrocës mund të ketë qenë në gjendje të thithë, dhe për këtë arsye do të duhet të jetë relativisht i fortë. Kjo është arsyeja kryesore që ingranazhi i uljes së F-35C të Marinës Mbretërore ka nevojë për rikonceptim. Gjatë provave të ngritjes dhe uljes, u kuptua se avioni bëri "një lëvizje të papritur të ashpër" gjatë ngritjes, e cila është "jo vetëm e pakëndshme, por Display-Helmet-Mounted Display (HMD) dhe maskë oksigjeni shtyhen lart e poshtë kundër nofullës së pilotit" Mizokami, 2017).

Materiali i përdorur për prodhimin e trungut gjithashtu do të duhet të jetë sa më i lehtë pa rrezikuar kërkesat e rezistencës në tërheqje dhe prerje. Meqenëse kostoja e F-35 ka qenë një çështje e madhe gjatë gjithë prodhimit të tij, materiali do të dëshironte të ishte sa më efektiv me kosto. Për sa i përket kostove të përpunimit, meqë pjesa ndoshta do të prodhohej përmes frezimit CNC, materiali preferohet të jetë i lehtë për t’u përpunuar në mënyrë që të zvogëlohen orët që secila pjesë është në makinë, megjithatë përsëri kjo do të ishte e dyta në tërheqje dhe prerje kërkesat e fortësisë së materialit.

Variablat Falas

Variablat e lirë për modelimin e trungut do të ishin të kufizuara. Ngjyra e materialit do të ishte një variabël e lirë pasi pjesa më vonë do të pikturohej.

Analiza e materialeve

Duke përdorur copat e materialeve Ashby (shih Shtojcën 1), u bë së bashku një përzgjedhje e materialeve potencialisht të përshtatshme për trungun e ingranazheve të uljes së hundës F-35C. Zgjedhjet më të mira janë si më poshtë:

• Lidhjet e titanit
• Lidhjet e çelikut
• Polimer i përforcuar me fibra karboni (CFRP)

Polimeri i përforcuar me fibra karboni përmban fibra karboni të lidhura me një polimer, duke i dhënë materialit një raport mjaft të lartë forcë-peshë dhe një rezistencë të lartë ndaj korrozionit. Problemi kryesor me përdorimin e CFRP për karrocë është kostoja e materialit dhe prodhimi. CFRP është ende një material shumë i shtrenjtë për tu bërë, dhe për shkak të forcës së tij të lartë kërkon mjete të bëra posaçërisht për ta përpunuar. Mjetet e tungstenit me një shtresë diamanti janë zgjidhja më e mirë për përpunimin e CFRP (Kennametal), megjithatë mjeti kërkohet të zëvendësohet çdo disa përbërës, dhe koha e duhur për përpunimin do të jetë dukshëm më e gjatë se për metalet e tjera.

Lidhjet e çelikut dhe titanit përdoren shumë shpesh për mbartjen e avionëve, pasi ato janë shumë të forta, mund të përballojnë një sasi të madhe sforcimesh dhe sforcimesh dhe janë më të lehta për t’u përpunuar sesa kompozitat. Ata kërkojnë një shtresë jo-korrozive për t'i mbrojtur ata nga elementet, megjithatë, ato ende përdoren gjerësisht për pajisjet e uljes në avion.

Vlerësimi i materialeve

Ekziston një kufizim i informacionit në dispozicion të publikut në lidhje me materialet e sakta që aktualisht përdoren për transportin e F-35. Sidoqoftë, është e qartë se të paktën disa prej tyre janë bërë nga materiale të përbëra.

Fokker Technologies - një divizion i GKN Aerospace - nënshkroi një kontratë me Lockheed Martin për të furnizuar pjesë të ingranazheve të uljes për F-35C (Fokker Technologies, 2015). Kompania Hollandeze, e themeluar në vitin 2011, specializohet në ingranazhe zbarkimi për helikopterë dhe aeroplanë dhe ka marrë kontratën për projektimin dhe zhvillimin e një përbërësi me matricë polimer mbajtës mbajtës (PMC) për ingranazhin e uljes F-35 në 2015 (Fokker Technologies, 2015 ) Meqenëse prodhimi i pjesëve të avionit të përbërë është ende një teknologji relativisht e re dhe shumë e konsideruar, është e kuptueshme që informacioni specifik është kaq i pakët.

Në avionët e mëparshëm luftarakë dhe bombardues, të tilla si Tornado dhe Harrier, klasa të ndryshme të çelikut dhe lidhjeve të titanit u përdorën për karrocat për shkak të forcës dhe përpunueshmërisë së tyre. Karakteristikat e materialit mund të përmirësohen më tej për t'iu përshtatur qëllimit të pjesës me ndihmën e trajtimit të nxehtësisë dhe veshjeve. Sidoqoftë këto pjesë janë të shtrenjta për t'u prodhuar për sa i përket materialit, fuqisë punëtore, makinerive dhe materialeve të mbetjeve. Një numër përparimesh teknologjike janë bërë që nga prodhimi fillestar i këtyre avionëve 40+ vjet më parë, dhe industria e hapësirës ajrore tani po anon më pranë përdorimit të përbërjeve.

Fokker ka dhënë një deklaratë mbi përfitimet që ofron teknologjia e tyre PMC krahasuar me lidhjet tradicionale të metaleve:

• "Rritja e performancës së avionit për shkak të zvogëlimit të peshës deri në 30%
• Qëndrueshmëri dhe forcë e rritur e mjeteve të uljes
• Eliminimi i korrozionit dhe plasaritjes së metaleve "(The Shot Peener, 2011)

Megjithëse janë dukshëm më të lehta se lidhjet e metaleve, përbërësit janë jashtëzakonisht të shtrenjtë, kryesisht për shkak të nevojës për një myk për të krijuar një produkt të mjaftueshëm. Bërja e një kallëpi nuk është gjithmonë e lehtë dhe shpesh kërkon ndihmën e një specialisti për të prodhuar, gjë që rrit kohën e prodhimit dhe koston e konsiderueshme.

Sidoqoftë duket se kompozitat tani përdoren gjerësisht në mjetet e uljes së avionëve. Sistemet Hapësirë ​​Ajrore UTC - zyrtarisht Goodrich - janë gjithashtu të përfshira në furnizimin e pjesëve për ingranazhin e uljes për F-35, të bëra edhe nga materiale të përbëra (UTC Aerospace Systems, © 2017).

Përfundim

Hetimi i përshtatshmërisë së materialeve të ndryshëm për një mbështetje strukturore siç është një trung, ofroi një gamë të vogël si të legurave metalike tradicionale, ashtu edhe të përbërjeve më inovative. Meqenëse trungjet i nënshtrohen një numri sforcimesh dhe sforcimesh të ndryshme lineare dhe këndore, u morën parasysh materialet me një modul të lartë të elasticitetit dhe ngurtësisë, duke ruajtur një dendësi sa më të ulët të jetë e mundur. Kjo rezultoi në një zgjedhje midis një numri të lidhjeve metalike si titan dhe alumin, dhe përbërjeve më të ndërlikuara të tilla si polimeri i përforcuar me fibra karboni (CFRP) dhe përbërjet e matricës polimer (PMC). Secila ka avantazhet dhe disavantazhet e saj: pjesët e aliazheve të metaleve prodhohen më lehtë dhe më lirë, megjithatë përbërjet kanë një raport më të madh forcë-peshë.

Megjithëse kishte një kufizim në sasinë e informacionit në dispozicion për shkak të F-35 që ishte një aeroplan i përdorur aktualisht në ushtri, Fokker Technologies kanë konfirmuar se ato ofrojnë pjesë PMC për karrocat. PMC ka një raport dukshëm më të lartë forcë-peshë, i cili është ideal për një avion STOVL me shumë role. Kërkimet e ardhshme mund të eksplorojnë modelet e mëparshme të avionëve dhe materialet e përdorura për karrocat e anulueshme gjatë gjithë viteve për vërtetimin e secilit prej materialeve të sugjeruar, dhe të hetojnë përbërje të ndryshme në më shumë detaje.

Punime të Cituara

Crane, D. (2006). Kapitulli 6 Sistemet e ingranazheve për uljen e avionëve. Në D. Crane, Korniza ajrore Vëllimi 1: Strukturat (f. 427). Newcastle: Furnizime dhe Akademikë të Aviacionit.

Teknologjitë Fokker. (2015, 19 nëntor). Fokker Technologies feston vazhdimin e Programit të Kompozuar Drag Brace të Landing Gear Composite. Marrë nga Fokker: http://www.fokker.com/Fokker-celebrates-continuation-of-the-F-35-Landing-Gear-Composite-Drag-Brace-Program

Teknologjitë Fokker. (2015) Programet. Marrë 2017, nga Fokker Technologies: http://www.fokker.com/Landing_Gear_Programs

Kennametal. (n.d.) Përpunimi i polimerit të përforcuar me fibra karboni (CFRP). Marrë në Prill 2017, nga Kennametal: https://www.kennametal.com/en/industry-solutions/aerospace/machining-cfrp-composites.html

Mizokami, K. (2017, 6 janar). F-35 i Marinës mund të ketë nevojë për ingranazh të ri. Marrë nga Mekanika Popullore: http://www.popularmechanics.com/military/aviation/a24633/navy-f35-landing-gear/

Peener Shot. (2011, Vjeshtë). Ingranazh i ri për ulje. Peener Shot , f. 6

Sistemet e hapësirës ajrore UTC. (© 2017) Programet - Ushtarake. Marrë nga Sistemet Hapësirë ​​Ajrore të UTC: http://utcaerospacesystems.com/cap/programs/Pages/military-aircraft.aspx

Ky artikull është i saktë dhe i vërtetë për sa i përket njohurive të autorit. Përmbajtja është vetëm për qëllime informuese ose argëtuese dhe nuk zëvendëson këshillën personale ose këshillën profesionale në çështje biznesi, financiare, ligjore ose teknike.