مدل‌سازی مکانیزم هلیکوپتر Swashplate

یک مکانیسم Swashplate، که در هلیکوپتر برای کنترل گام پره های روتور استفاده می شود، می تواند به راحتی با استفاده از ماژول Multibody Dynamics موجود در COMSOL Multiphysics شبیه سازی شود. این ماژول شبیه سازی مجموعه ای از اجسام انعطاف پذیر و صلب، همراه با پدیده های فیزیکی از کاربردهای سیال، گرما و الکتریکی و غیره را ممکن می سازد. در اینجا، ما مدلی را به شما نشان می‌دهیم تا نحوه عملکرد مکانیزم swashplate و در عین حال آنالیز تنش‌ها و تغییر شکل در پره‌های روتور انعطاف‌پذیر را به شما نشان دهیم.

چگونه یک هلیکوپتر Swashplate کار می کند

Swashplate وسیله ای است که برای انتقال دستورات خلبان از بدنه غیر چرخشی به هاب روتور و پره های چرخان استفاده می شود . این واقعیت که پره‌های روتور با سرعت بسیار بالایی در حال چرخش هستند، کار مکانیزم صفحه سواش را چالش‌برانگیزتر می‌کند. مکانیزم از دو بخش اصلی تشکیل شده است: یک صفحه ثابت و یک صفحه چرخان. سواش پلیت ثابت قادر است در تمام جهات کج شده و به صورت عمودی حرکت کند. ورق چرخان با استفاده از یک یاتاقان بر روی صفحه شناور ثابت نصب می شود و اجازه چرخش با دکل اصلی روتور را دارد.

یک مکانیسم سواشپیت گام چرخه ای و جمعی پره های روتور را کنترل می کند. گام چرخشی پره های روتور برای تغییر رول و گام هلیکوپتر استفاده می شود. برای کج کردن هلیکوپتر به سمت جلو، اختلاف بالابر در اطراف پره ها باید حداکثر در امتداد صفحه چپ-راست باشد و گشتاوری ایجاد کند که به دلیل اثر ژیروسکوپی، هلیکوپتر را به جای اینکه به پهلو به سمت جلو متمایل کند. این کار با کج کردن مجموعه سواشپیت از طریق میله‌های فشار انجام می‌شود. گام جمعی تیغه‌های روتور که مسئول میانگین نیروی بالابر هستند، می‌توانند با حرکت عمودی مونتاژ صفحه سواش بدون کج کردن آن تغییر کنند.

مدل سازی مکانیزم Swashplate در COMSOL

ماژول Multibody Dynamics ویژگی های از پیش تعریف شده ای را برای ایجاد انواع مختلف اتصالات بین اجزا ارائه می دهد. در این مدل، اجزای مختلف یک مکانیزم سوشپلیت با استفاده از توپ ، لولا ، منشوری ، استوانه‌ای ، مسطح و شکاف کاهش‌یافته به یکدیگر متصل می‌شوند.مفاصل اتصالات در یک مکانیسم swashplate به گونه ای قرار می گیرند که اجزاء یک حلقه بسته را تشکیل می دهند – مکانیسم Swashplate در نتیجه نمونه خوبی از یک سیستم چند بدنه حلقه بسته است. اگر بخواهید همه اجزا را به صورت سفت و سخت مدل کنید، مکانیسم بیش از حد محدود می شود و شبیه سازی آن دشوار می شود. اگر آن را در COMSOL Multiphysics مدل کنید، اینطور نیست. فرآیند حذف محدودیت، محدودیت های اضافی را از سیستم حذف می کند.

تجزیه و تحلیل گذرا و فرکانس ویژه

انیمیشن هلیکوپتر swashplate
انیمیشن بالا عملکرد یک مکانیسم swashplate هلیکوپتر را نشان می دهد.
در اینجا، تنش های فون میزس بر روی سطوح پره های روتور انعطاف پذیر رسم می شود (تغییر شکل
برای تجسم بهتر بزرگتر می شود).

یک تجزیه و تحلیل گذرا برای تجزیه و تحلیل عملکرد مکانیسم swashplate انجام می شود. علاقه خاص ما در این مورد، یافتن تأثیر گام چرخه‌ای و جمعی است که از طریق مکانیسم صفحه ضربه‌ای به تیغه‌های روتور داده می‌شود، بر زاویه حمله پره‌های روتور که به نوبه خود بر تولید نیروی بالابر تأثیر می‌گذارد. از نظر پره‌های روتور انعطاف‌پذیر، پدیده‌های سرب تاخیر و فلاپ نیز نشان داده می‌شوند. تجزیه و تحلیل فرکانس ویژه برای یافتن حالت‌های بدنه سفت و سخت و حالت‌های ویژه مکانیزم صفحه‌ای با تیغه‌های روتور انعطاف‌پذیر انجام می‌شود.

مدل مکانیزم Swashplate
حالت پیچشی تیغه‌های روتور انعطاف‌پذیر مجموعه بالگرد. فرکانس ویژه
مربوط به این حالت نزدیک به 185 هرتز است.