مشکل اصلی این پدیده کمبود اطلاعات در زمینه ویژگیهای گردابه هایی است که از واماندگی بال حاصل می شوند. با این حال امروزه می توان با قرار دادن دم در خارج از ناحیه اغتشاش و با کم کردن احتمال جدایش جریان از روی بال و نقاطی که احتمال جدایش جریان وجود دارد مانند نقطه اتصال بال به بدنه و طراحی مناسب دم از نظر شکل آیرودینامیکی از اتفاق افتادن فلاتر دم جلوگیری نمود.
جدایش جریان از روی سطح بال علاوه بر ایجاد فلاتر دم در خود بال نیز ایجاد کند که به فلاتر بی نظم معروف است و علامت آن تغییر توزیع فشار برروی سطح بال بصورت غیر منظم در هنگام جدایش جریان است که بعنوان یک تحریک کننده خارجی می تواند باعث ارتعاشات بال شود. مسئله بافتینگ در مانور بالا کش^[۹۹] هواپیمای جنگی و همچنین طراحی پرنده های مافوق صوت نیز بسیار کاربرد است.
۲-۲-۲-۲- پاسخ دینامیکی^[۱۰۰]
این پدیده تاثیر بسزایی در طراحی سازه های هوایی دارد و اینکه نسل جدید هواپیماهای جنگنده بایستی در شرایط مختلف محیطی تحت تاثیر بارهای مختلف وارده بتوانند کار کنند. در این موارد می بایست آیروالاستیسیته دینامیکی و کنترل هواپیما در شرایطی که بال در معرض نیروهای خارجی وابسته به زمان(گذرا) مثل تندباد^[۱۰۱]، ضربه در هنگام فرود، اثرات جوی، گذر از دیوار صوتی و انفجار(اثرات شلیک موشک) قرار می گیرند بررسی می شوند تا پاسخ گذرای سازه نسبت به این نیروهای گذرا ولی قوی و مخرب بدست آیند. در واقع نیروهایی که بطور ناگهانی بر سازه وارد می شوند نه تنها باعث جابجایی و دوران سازه می گردند بلکه ارتعاشاتی را نیز سبب می شود و نیروهای اینرسی که بوجود می آورند تنشهای بیش از اندازه دینامیکی بوجود می آورند که خود باعث افزایش تنش خمشی و پیچشی بر روی سازه بدنه و بال هواپیما می گردند. بعنوان نمونه طراح بایستی بداند که تنش خمشی که در شرایط تندباد بر روی ریشه بال بوجود می آید، ۱۵ تا ۲۰ درصد بیشتر از حالتی است که بال بصورت صلب در نظر گرفته شود. پدیده گاستبخصوص در بالها می تواند نسبت به بدنه هواپیما متمایز باشد بعنوان نمونه در شکل(۲- ۶) برای یک بال با نسبت منظری بالا و زاویه عقب رفت را می بینیم که با توجه به میزان نفوذ در تندباد شتاب نوک بال نسبت به حداکثر شتاب بدنه حتی به بیش از ۱۰ برابر هم می تواند برسد. پس این شکل بیان می کند در جواب دینامیکی، میزان الاستیسیته بال هواپیما تاثیر مهمی در تعیین توزیع صحیح بار در بال دارد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل(۲- ۶):شتاب ایجاد شده در نوک بال و بدنه در هنگام عبور از یک تندباد
۲-۲-۲-۳- فلاتر
ناپایداری دینامیکی سطوح برا و یا پانل­های سطحی را فلاتر می­نامند فلاتر یک پدیده خطرناک و زیان بار است که در سازه های ارتجاعی، اگر در معرض بر هم کنش نیروهای آیرودینامیکی، الاستیک و اینرسی قرار گیرند، باعث تغییر فرم دینامیکی سازه می­ شود. این سازه ها شامل هواپیما، ساختمان ها، سیم های مخابراتی، تابلوهای اعلانات و پل ها می باشند. در بعضی ترکیبات سرعت هوا و ارتفاع، که به عنوان شرایط فلاتر شناخته می شوند، این پدیده بصورت نوسانی اتفاق می­افتد و نیروهایی روی هواپیما اعمال می کنندو باعث بوجود آمدن موج پایداری در برخی قسمت های سازه ای می شود که قادر به از بین بردن این حرکات نیستند و هر چه سرعت افزایش می یابد این نوسان بیشتر شده و چنانچه سرعت جریان هوا سریع کاهش نیابد ویا سازه با حالت غیر خطی مواجه شود نوسانات همچنان رشد می کنند تا سرانجام منجر به خرابی قسمتی از بدنه شده و احتمال از بین رفتن هوا پیما می باشد .
پدیده های فلاتر در آئروالاستیسیته به ۲ نوع تقسیم می شوند: یکی فلاتر کلاسیک است که در آن نیروهای آئرودینامیک وارده بربال معمولاً از فرض جریان پتانسیل بدست می آیند و دیگری فلاتر غیرکلاسیک است که برپایه جدایش جریان و در نتیجه ارتعاشات غیر پریودیک بال و واماندگی جریان می باشند[^[۱۰۲]].
۲-۲-۲-۳-۱- فلاتر کلاسیک(خطی):
در حالت کلی برای سیستمهای با یک درجه آزادی، ارتعاشات ناپایدار تنها در صورتی ممکن است، که یکی از پارامترهای سیستم مانند سختی فنری یا ضرایب میرایی منفی شود که در این حالت در هواپیما با گذشتن از سرعت واگرایی استاتیکی با منفی شدن ضرایب سختی فنری پیچشی اتفاق می افتد. اما با سیستمهای با دو درجه آزادی یا بیشتر حالت ارتعاشات ناپایدار می تواند بدون منفی شدن ضرایب ذکر شده نیز اتفاق بیفتد. بدین ترتیب که در این سیستم ها اثر متقابل نیروهای ایجاد شده ناشی از ارتعاشات در جهات مختلف بر روی یکدیگر می تواند حالت ناپایداری را دراختلاف فاز مشخص ایجاد کند. فلاتر بالهایی که در آنها خمش و پیچش از هم مستقل نمی باشند یک نمونه از این مسائل هستند. این نوع فلاتر که در آن اثر متقابل حرکت در جهات مختلف باعث ناپایداری در ارتعاشات بال می شود را فلاتر کلاسیک گویند.
بایستی اشاره نمود که مفهوم رزونانس و فلاتر با هم متفاوت هستند. چون رزونانس از یکی شدن فرکانسهای تحریک و سازه بوجود می آید در حالیکه فلاتر ناشی از یکی شدن فرکانسهای خود سازه است. وجود دو درجه آزادی همانطوریکه ذکر شد لازمه اتفاق افتادن فلاتر کلاسیک می باشد. در صورتیکه بال بنحوی مقید شده باشد که نتواند حرکت پیچشی انجام دهد د
چار فلاتر از نوع کلاسیک نخواهد شد. آزمایشهای مختلف نشان داده است در هنگام فلاتر، جابجایی های جانبی(خمشی) و پیچشی نقاط مختلف در عرض بال^[۱۰۳] تقریباً با هم فاز هستند. اما حرکتهای جانبی و پیجشی مربوط به یک مقطع از بال با همدیگر اختلاف فاز قابل توجه ای دارد. در حقیقت همین اختلاف فاز بین حرکت جانبی(خمشی) و پیچشی در یک مقطع است که عامل ایجاد فلاتر کلاسیک می شود.
۲-۲-۲-۳-۲- فلاتر غیر کلاسیک(غیر خطی):
علاوه بر فلاتر کلاسیک نوع دیگری از فلاتر وجود دارد که به فلاتر غیر کلاسیک معروف است. فلاتر بال یا سطوح کنترلی در شرایط واماندگی جریان و نیز فلاتر مجموع دم هواپیما که بعلت تاثیر اثرات سازه ای بصورت غیر خطی مطرح می شود زیرمجموعه ای از این نوع فلاتر هستند.
تفاوت اصلی میان فلاتر کلاسیک و غیر کلاسیک در تعداد درجات آزادی سیستم است بدین صورت که لازمه اتفاق افتادن فلاتر غیر کلاسیک این است که بال یا سطوح کنترلی دارای ۲ درجه آزادی یا بیشتر باشند. اما فلاتر غیر کلاسیک در المانهایی از هواپیما مانند الویتور، شهپر که فقط دارای یک درجه آزاذی هستند می تواند اتفاق بیفتد. در واقع عامل اصلی اتفاق افتادن فلاتر غیر کلاسیک جدایش جریان از روی این سطوح می باشد. در هنگام اتفاق افتادن فلاتر کلاسیک فرض پتانسیل بودن جریان تا حد زیادی صحیح می باشد. بررسی فلاتر کلاسیک از روش های تحلیلی امکان پذیر است اما بررسی فلاتر سطوح کنترلی مانند شهپر و دم از روش های تحلیلی بدلیل جدایش جریان نیازمند تئوریهای پیچیده ای است.
بنابراین در نظر گرفتن ویژگی های فلاتر، یک ضرورت مهم در طراحی هواپیماست.
۲-۳- انواع فلاتر
اساسی ترین نوع فلاتر، فلاتر بال هواپیماست که ممکن است با چرخش ایرفویل شروع شود(شکل(۲- ۷)، زمان۰=t). هنگامیکه نیروی افزایش یافته باعث بلند شدن ایرفویل می شود، سختی پیچشی سازه، ایر فویل را به حالت اولیه باز می گرداند (t=T/4) .سختی خمشی سازهسعی در بر گرداندن ایر فویل به حالت خنثی دارد،اما اکنون ایر فویل به حالت نوک پایین^[۱۰۴] قرار گرفته(t=T/2).دوباره نیروی افزوده باعث می شود تا ایر فویل دارای شیب تندی شود و سختی پیچشی،ایر فویل رابه حالت صفر در آورد (t=3T/4).سیکل هنگامی که ایر فویل با یک چرخش نوک بالا^[۱۰۵] به حالت خنثی بر می گردد،تکمیل می شود.
با افزایش زمان، حرکت شیرجه ای تمایل به میرا شدن دارد، ولی حرکت چرخشی واگرا می شود. اگر حرکت ادامه داشته باشد نیروهای ناشی از چرخش باعث خرابی سازه می شود. این نوع از فلاتر با انعقاد وترکیب دو مود سازه(پیچش و خمش) بوجود می آید. این مثال بال بر اساس دو درجه آزادی یا ارتعاش مودهای پیچشی و خمشی است. هنگامیکه ایرفویل در سرعت های بالا پرواز می کند، فرکانس این دو مود پس از ترکیب با یکدیگر مود جدیدی با فرکانس و شرایط فلاتر بوجود می آورند .

شکل(۲- ۷): حرکت چمشی وچرخشی برای یک ایرفویل در حال فلاتر
ایر فویلها در بسیاری مکانها روی هواپیما استفاده می شوند. شکلهای مختلف ایرفویل در دم، ملخها و سطوح کنترل از قبیل شهپر^[۱۰۶] ، رادر^[۱۰۷] و… همانطور که در شکل(۲- ۹) نشان داده شده، وجود دارد. همه این شرایط بایستی تجزیه و تست شوند تا اطمینان حاصل شود که فلاتر اتفاق نمی افتد .
انواع دیگری از فلاتر که در هنگام طراحی هواپیما باید مد نظر قرار گیرد از این قبیل است: فلاتر پانل، فلاتر گالوپینگ ، فلاتر استال (واماندگی) ،نوسانات باچرخه محدود و فلاتر گردابه چرخش^[۱۰۸] موتور یا ملخ. همچنین فلاتر می تواند ناشی از مخزن های ذخیره سوخت روی بال باشد.
فلاتر پانل هنگامی اتفاق می افتد که سطوح به اندازه کافی مقید و محافظت نشده باشند (فرض کنید که پوسته هوا پیما شبیه پوسته یک طبل است) . فلاتر گالوپینگ ، یا فلاتر موجهای گردابی باعث خرابی پل تاکومانارو^[۱۰۹] در ایالت متحده آمریکا شدشکل(۲- ۸). این پدیده بارها در کناره های جاده هنگامی که سیم های برق و تلفن بر اثر بادهای شدید دچار گالوپ می شوند، مشاهده شده است.
شکل(۲- ۸): شکست پل تاکوما در سال ۱۹۴۰
شما ممکن است همچنین حرکت تازیانه ای آنتن های رادیوی ماشین را در سرعتی معین دیده باشید. باعث حرکت گالوپ یا به اصطلاححرکت تازیانه ای، تشکیل گردابه هایی در پایین دست^[۱۱۰] جسم می باشد.همانطور که در شکل(۲- ۱۰) نشان داده شده است.

شکل(۲- ۹): قسمت های ایرفویل مانند روی یک هواپیمای مدل
فلاتر واماندگی یک مود چرخشی فلاتر است که روی بالها در شرایط نزدیک سرعت واماندگی اتفاق می افتد و باعث جدایی جریان هوا در طول واماندگی می شود و این فلاتر یک درجه آزادی بوسیله تئوری فلاتر کلاسیک قابل بیان نمیباشد.
رفتار نوسانی دامنه محدود بوسیله دامنه ثابت و پاسخ فرکانسی متناوب در سازه ای که به صورت آیرو الاستیکی بار گذاری شده مشخص می شود. نوسان با دامنه محدود به طور نوعی، ناحیه باریک محدود شدهای بر حسب عدد ماخ یا زاویه حمله است که شروع جدایی جریان را نوید می دهد.

شکل(۲- ۱۰): حرکت گردابی سیلندر در جریان هوا
فلاتر گردابی موتور یک نوع ناپایداری حساس است که به آرامی روی مجموعه موتور اتفاق می افتد . این پدیده از بر هم کنش سختی پایه موتور، گشتاورچرخشی مجوعه موتور- ملخ و فرکانس طبیعی فلاتر سازه ای بال حاصل می شود.شکل(۲- ۱۱).

شکل(۲- ۱۱): فلاتر چرخشی موتور
مثال زیر یک مدل سازه ای دو درجه آزادی است تا رفتار فلاتر را بهتر درک کنیم . نیروهای آیرودینامیکی سیستم جرم- فنر، سازه را تحریک می کند. فنر خطی بیان کننده سختی خمشی سازه وفنر پیچشی بیانگر سختی پیچشی سازه میباشد. شکل ایرفویل مشخص کننده مرکز آیرودینامیکی است و مرکز جرم با پراکندگی جرم در سطح مقطع مشخص می شود.
مدل نمونه دو مود پیچشی وخمشی را همانطور که در شکل(۲- ۱۲) نشان داده شده بیان می کند . شکل(۲- ۱۳) مدل شبیه سازی برای یک ایرفویل با سطح کنترل می باشد.
یک روش معمول برای آنالیز فلاتر، روش وی-جی^[۱۱۱] است .درآنالیز وی-جی، فرض بر این است که دمپینگ سازه ای همه مودهای ارتعاشی، مساوی مقدار نا معلوم g باشد.در شکل(۲- ۱۴) ، نتایج برای دو مود بال ساده نمونه با دودرجه آزادی به شکل فرکانس بر حسب سرعت و دمپینگ سازه ای بر حسب منحنی سرعت نشان داده شده است.

شکل(۲- ۱۲): فلاتر ایرفویل مدل ومودهای آن

شکل(۲- ۱۳):فلاتر بال/شهپر مدل و مودهای آن
در نمودار پایین شکل(۲- ۱۴)، سرعت در جائیکه منحنی بالایی محور دمپینگ را درg=0 قطع می کند برابر با سرعت فلاتر می باشد.حال ما قادر خواهیم بود تا از پلات بالایی شکل(۲- ۱۴) ، فرکانس ناپایدار سرعت را مشخص کنیم. شیب منحنی دمپینگ بر حسب سرعت هنگامی که از سرعت فلاتر عبور می کند می تواند بیانگر شدت نوسان به وجود آمده درطول پرواز باشد.

شکل(۲- ۱۴): منحنی فرکانس- سرعت و دمپینگ -سرعت در شرایط فلاتر
ویژگی های فلاتر مدل، تابعی از بسیاری پارامترهای سازه از قبیل شکل ایر فویل،موقعییت محور الاستیک،صلبیت پیچشی و جدایی فرکانس بین مودهای پیچشی و خمشی می باشد.
دو ترسیم در شکل(۲- ۱۵) چگونگی تغییرات سختی چرخشی و محور الاستیک و اثر آنها بر ویژگیهای فلاتر در یک مدل دو بعدی را نشان می دهد. در ترسیم بالایی این شکل، برای سختی چرخشی مشخص، سرعت فلاتر مدل بر حسب موقعیت محور الاستیک رسم شده است. درنمودار پایینی، مقدار سختی چرخشی مورد نیاز برحسب موقعییت محور الاستیک رسم شده است.

شکل(۲- ۱۵): تأثیرتقویت کننده ها بر فلاتر
فصل سوم: الگوریتم ژنتیک
۳-الگوریتم ژنتیک^[۱۱۲]
۳-۱- مقدمه: