طراحی بهینه جاذب شوک MR برای ارابه فرود هواپیما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک، دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء (ص)، تهران

2 مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

3 دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص)- دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

در پژوهش حاضر به طراحی بهینه یک جاذب شوک نیمه فعال مجهز به شیر MR به منظور کاربرد در ارابه فرود اصلی هواپیما پرداخته می‌شود. در فاز اول این طراحی، ابتدا در حالت غیر فعال بودن جاذب و بر مبنای معیار طراحی نمودار نیرو - جابجایی و در نظر گرفتن یک مقدار بیشینه فشار گاز، ابعاد سیلندر اصلی، سیلندر پیستون، عرض اوریفیس، شعاع و طول شیر مشخص می‌گردند. در ادامه و در فاز دوم طراحی، با استفاده از اطلاعات به دست آمده در فاز اول و بر مبنای معیارهای عملکردی شیر MR و اصل عدم اشباع مغناطیسی شیر در استفاده حداکثری از ظرفیت کاری سیال MR، طراحی بهینه شیر MR در حجم ثابت شیر و حالت فعال بودن جاذب شوک صورت می‌پذیرد. در مسیر طراحی اثر پارامترهای هندسی بر روی نیروی جاذب شوک نیز مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده می‌شود که عرض اوریفیس مؤثرترین و حساس‌ترین پارامتر هندسی در این رابطه می‌باشد. طراحی بهینه جاذب شوک MR ارابه فرود اصلی هواپیما بر اساس معیارهای عملکردی شیر MR و همچنین بررسی اثر پارامترهای هندسی شیر MR بر روی نیروهای جاذب شوک و خواص مغناطیسی شیر از جمله نوآوری‌های پژوهش حاضر می‌باشد. با توجه به اهمیت و کاربرد جاذب شوک MR، نتایج و دست‌آوردهای پژوهش حاضر می‌تواند علاوه بر مورد خاص مورد مطالعه یعنی ارابه فرود هواپیما، در سایر صنایع نیز مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1].  Batterbee, D. C., Sims, N. D., Stanway, R., Wolejsza, Z., “Magnetorheological landing gear: 1. A design methodology”, Smart Mater. Struct., Vol. 16, No. 6, pp. 2429–2440, 2007.
[2].  Ross, I., Edson, R., “An electric control for an electrohydraulic active control aircraft landing gear”, 1979.
[3].  Daniels, J. N, “A method for landing gear modeling and simulation with experimental validation”, NASA Contract. Rep., 1996.
[4].  Horta, L. G., Daugherty, R. H., Martinson, V. J., “Modeling and validation of a Navy A6-Intruder actively controlled landing gear system”, 1999.
[5].  Choi Y. T., Wereley, N. M., “Vibration control of a landing gear system featuring electrorheological/magnetorheological fluids”, J. Aircr., Vol. 40, No. 3, pp. 432–439, 2003.
[6].  Batterbee, D. C., Sims, N. D., Stanway, R., Rennison, M., “Magnetorheological landing gear: 2. Validation using experimental data”, Smart Mater. Struct., Vol. 16, No. 6, pp. 2441–2452, 2007.
[7].  Han, C., Kim, B. G., Choi, S. B., “Design of a New Magnetorheological Damper Based on Passive Oleo-Pneumatic Landing Gear”, J. Aircr., Vol. 55, No. 6, pp. 2510–2520, 2018.
[8].  Han, C., Kang, B. H. , Choi, S. B., Tak, J. M., Hwang, J. H., “Control of Landing Efficiency of an Aircraft Landing Gear System With Magnetorheological Dampers”, J. Aircraft., Vol. 56, No. 5, pp.1980-1986, 2019.
[9].  Han, C., Kim, B. G., Kang, B. H., Choi, S. B. “Effects of magnetic core parameters on landing stability and efficiency of magnetorheological damper-based landing gear system”, J. Intell. Mater. Syst. Struct., Vol. 31, No. 2, pp. 198–208, 2020.
[10].  Kang, B. H., Han, C., Choi, S. B., “A sky-ground hook controller for efficiency enhancement of aircraft landing gear with MR damper”, in Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems XIII, 2019, Vol. 10967, pp. 1096706.
[11].  Kang, B. H., Yoon, J. Y., Kim, G. W. , Choi, S. B., “Landing efficiency control of a six-degree-of-freedom aircraft model with magnetorheological dampers: Part 1—Modeling”, J. Intell. Mater. Syst. Struct., pp. 1045389X20942578, 2020.
[12].  Kang, B. H., Yoon, J. Y., Kim, G. W. , Choi, S. B., “Landing efficiency control of a six degrees of freedom aircraft model with magneto-rheological dampers: Part 2—control simulation”, J. Intell. Mater. Syst. Struct., pp. 1045389X20942593, 2020.
[13].  Luong, Q. V., Jang, D. S., Hwang, J. H. “Robust adaptive control for an aircraft landing gear equipped with a magnetorheological damper”, Appl. Sci., Vol. 10, No. 4, pp. 1459, 2020.
[14].  Viet, L. Q., Lee, H., Jang, D., Hwang, J. “Sliding Mode Control for an Intelligent Landing Gear Equipped with Magnetorheological Damper”, J. Aerosp. Syst. Eng., Vol. 14, No. 2, pp. 20–27, 2020.
[15].  Mangal S. K., Kumar, A., “Geometric parameter optimization of magneto-rheological damper using design of experiment technique”, Int. J. Mech. Mater. Eng., Vol. 10, No. 1, pp. 4, 2015.
[16].  Mangal S., Kumar, A., “Experimental and numerical studies of magnetorheological (mr) damper”, Chinese J. Eng., 2014.
[17].  Rashid, M. M., Ferdaus, M. M., Hasan, M. H., Rahman, M. A., “ANSYS finite element design of an energy saving magneto-rheological damper with improved dispersion stability”, J. Mech. Sci. Technol., Vol. 29, No. 7, pp. 2793–2802, 2015.
[18].  Ferdaus, M. M., Rashid, M. M., Hasan, M. H., Rahman, M. A., “Optimal design of Magneto-Rheological damper comparing different configurations by finite element analysis”, J. Mech. Sci. Technol., Vol. 28, No. 9, pp. 3667–3677, 2014.
[19].  Parlak, Z. Engin, T., Çalli, I., “Optimal design of MR damper via finite element analyses of fluid dynamic and magnetic field”, Mechatronics, Vol. 22, No. 6, pp. 890–903, 2012.
[20].  Rosenfeld N. C., Wereley, N. M., “Volume-constrained optimization of magnetorheological and electrorheological valves and dampers”, Smart Mater. Struct., Vol. 13, No. 6, pp. 1303–1313, 2004.
[21].  Gavin H. P., Dobossy, M. E., “Optimal design of an MR device”, in Smart Structures and Materials 2001: Smart Systems for Bridges, Structures, and Highways, 2001, Vol. 4330, pp. 273–281, 2001.
[22].  Norman, S. C., “Aircraft landing gear design: principles and practices”, AIAA Education Series, AIAA, Washington, DC 1988.
[23].  Nguyen, Q. H., Choi, S. B., Wereley, N. M. “Optimal design of magnetorheological valves via a finite element method considering control energy and a time constant”, Smart Mater. Struct., Vol. 17, No. 2, 2008.
[24].  Khani, M., “Magneto-Rheological (MR) Damper For Landing Gear System”, Concordia University, 2010.
[25].  Craig Batterbee, D., “Magnetorheological shock absorbers: Modelling, design, and control”, The University Of Sheffield, 2006.
 [26]. Spiegel, L., Limbrunner, G. F., D’Allaird, C. T., “Applied Statics and Strength of Materials”, Prentice Hall, 1999.
[27].  Shigley, J. E., “Shigley’s mechanical engineering design”, Tata McGraw-Hill Education, 2011.
[28].  “https://www.theworldmaterial.com/1-0570-material-st52-steel-din-17100/.” .
[29].  “http://www.lordmrstore.com/lord-mr-products/mrf-140cg-magneto-rheological-fluid-250ml.” .
[30].  Yasa, Y., Sincar, E., Ertugrul, B. T., Mese, E., “Design considerations of electromagnetic brakes for servo applications”, in 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), pp. 768–774, 2014.
[31].   Goncalves, F. D., “Characterizing the behavior of magnetorheological fluids at high velocities and high shear rates”, PhD diss., Virginia Tech, 2005.
[32].  Sefidkar-Dezfouli, S., “Design, Simulation, and Fabrication of a Lightweight Magneto Rheological Damper”, Applied Sciences: School of Mechatronic Systems Engineering, 2014.