Ενεργός και παθητικός έλεγχος ατράκτου αεροσκάφους με τη χρήση πιεζοηλεκτρικών διεγερτών και αισθητήρων

• Κύριος συγγραφέας: Μανωλάκης, Ορέστης
• Άλλοι συγγραφείς: Manolakis, Orestis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Παθητικός αποσβεστήρας; Ημιενεργός αποσβεστήρας; Αεροσκάφη; Passive tuned mass damper; Semi-active tuned mass damper; Aircrafts

Η συγκεκριμένη έκθεση, έχει ως σκοπό, την περιγραφή της μείωσης των ταλαντώσεων που αναπτύσσονται σε ένα αεροσκάφος, λόγο του αεροδυναμικού θορύβου. Η περιγραφή αυτή, αφορά, ευρήματα της πειραματικής μελέτης – επαλήθευσης που πραγματοποιήθηκε σε πρωτότυπο εργαστηριακής κλίμακας. Η κρισιμότητα του προβλήματος έγκειται στο ότι ως κύρια πηγή εισόδου των κραδασμών, είναι το ουραίο του αεροσκάφους, ενώ οι μέγιστες ταλαντώσεις αναπτύσσονται στο πιλοτήριο (cockpit) καθώς και στην υπόλοιπη άτρακτο, με ελαφρώς μειωμένο εύρος. Αυτό καθιστά πρόβλημα στην αερομεταφορά των επιβατών αλλά και στην καταπόνηση των πιλότων. Ο τρόπος αντιμετώπισης λοιπόν που προτάθηκε, είναι η τοποθέτηση παθητικής και ημιενεργής διάταξης μείωσης των κραδασμών, στα κρίσιμα σημεία καταπόνησης. Η μελέτη αυτή πραγματοποιήθηκε πειραματικά, στο εργαστηριακής κλίμακας μοντέλο, αλλά και υπολογιστικά σε περιβάλλον MATLAB και Abaqus. Αρχικά, επιλέξαμε τις διαστάσεις, τα υλικά και τα χαρακτηριστικά του κατάλληλου πρωτότυπου εργαστηριακής κλίμακας. Δημιουργήθηκαν μοντέλα FEA (Finite Element Analysis) πλήρους κλίμακας και πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις. Όσο για την πειραματική διάταξη, αυτή, κατασκευάστηκε και στηρίχτηκε ελεύθερα πάνω σε ιμάντες και εξοπλίστηκε με μετρητικά όργανα. Με βάση τα χαρακτηριστικά του μοντέλου του εργαστηρίου και χρησιμοποιώντας τα προηγουμένως εργαλεία ανάλυσης, προσδιορίσαμε τα κατάλληλα εξαρτήματα για τη ρύθμιση του παθητικού (PTMD) και του ημι-ενεργού ρυθμιστή μάζας (SATMD), την κατάλληλη βοηθητική μάζα και τον ενεργοποιητή. Η απόδοση των PTMD και SATMD μελετήθηκε για διάφορες τιμές αντίστασης και επαγωγής που παρέχουν τους μηχανισμούς απόσπασης ενέργειας, οι οποίοι παρέχουν την απαιτούμενη απόδοση ακινητοποίησης. Το επόμενο βήμα ήταν η διερεύνηση της προτεινόμενης ρύθμισης κατά των δονήσεων για την εξασθένιση των δημιουργούμενων ταλαντώσεων στο πρωτότυπο εργαστηριακής κλίμακας. Η απόδοση του συστήματος μελετήθηκε καθώς λειτουργούσε η αντικραδασμική διάταξη: (1) ως παθητική TMD, (2) ως ημιενεργό TMD με διάφορα επίπεδα αντίστασης συνδεδεμένα στους ακροδέκτες του ενεργοποιητή και για διάφορα επίπεδα επαγωγής που συνδέονται με τους ακροδέκτες τον ενεργοποιητή piezostack. Τα επίπεδα της επιτευχθείσας απόδοσης μέσω της προτεινόμενης ρύθμισης παρουσιάζονται σε σχέση με την απόδοση του αρχικού-βασικού συστήματος. Η βασική διαφορά μεταξύ παθητικού και ημι-ενεργού ελέγχου είναι πως στον ημιενεργό η αρχή λειτουργίας του βασίζεται σε πιεζοηλεκτρικό σε αντίθεση με το ελατήριο, του παθητικού αποσβεστήρα συντονισμένης μάζας. Ο λόγος που χρησιμοποιούμε πιεζοηλεκτρικό, είναι ότι με αυτό, έχουμε τη δυνατότητα να ελέγξουμε την επίδοση απόσβεσης καθώς και τη συχνότητα συντονισμού, μέσω της συνδεσμολογίας αντιστάσεων και πυκνωτών. Πρόκειται για έλεγχο σε μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων, σε αντίθεση με την παθητική απόσβεση, όπου εδώ, ο μηχανισμός απόσβεσης πρέπει να συντονίζεται κάθε φορά σε μία, συγκεκριμένη συχνότητα. Τα πειράματα του εργαστηριακού μοντέλου, υλοποιήθηκαν για κεντρική φόρτιση, στο μέσον του ουραίου δηλαδή, αλλά και για έκκεντρη, στην άκρη του ουραίου. Έτσι εξήγαμε αποτελέσματα για δύο τύπους διέγερσης και σε διαφορετικές θέσεις, πάνω στην άτρακτο. Οι θέσεις ενδιαφέροντος ήταν το πιλοτήριο (Cockpit point), το μέσον της ατράκτου μεταξύ πιλοτηρίου και φτερών (Mid1 point), καθώς και το δεξιό άκρο του φτερού (Right Wing point). Τα αποτελέσματα της χρήσης του αποσβεστήρα, τόσο για την κεντρική όσο και για την έκκεντρη φόρτιση, παραθέτονται σε σχετικά διαγράμματα και συγκρίνονται, κάθε φορά, με το αρχικό μοντέλο, χωρίς τη χρήση απόσβεσης.