جلد الجناح، كجزء مهم من الهيكل الديناميكي الهوائي للطائرة، ترتبط جودة أدائه بسلامة الطيران. الجلد يعادل "جلد" الطائرة، والذي يستخدم غالبًا في الهياكل المستعرضة لأجنحة الطائرة وجسم الطائرة وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي تلف الجلد إلى تدمير الأداء الديناميكي الهوائي الجيد للطائرة، وتقليل قوة المنطقة المتضررة، وتعريض سلامة الطيران للخطر.
أجرى فريق بحث من جامعة معينة اختبار نفق الرياح على جلود الطائرات المرنة. وباستخدام نظام قياس الضغط البصري، قاموا بدراسة تأثيرات زاوية الهجوم وسرعة الرياح ودرجة الحرارة على أداء جلد الجناح عند زاوية اكتساح قدرها 7 درجات. يهدف هذا البحث إلى فهم الخصائص الميكانيكية لهيكل الجناح في ظل ظروف عمل مختلفة والحصول على نتائج للإزاحة خارج الطائرة عند تغيير متغير واحد بين درجة الحرارة وزاوية الهجوم وسرعة الرياح (جمع المعلمات النموذجية مثل تشوه الجلد و معلومات الاهتزاز). قدمت التجربة بيانات مهمة لتعزيز أداء أجنحة الطائرات.
1. العملية التجريبية
قبل بدء التجربة، قام فريق البحث بوضع طبقة من الجلد المرن على سطح هيكل الجناح وتثبيته في مكانه. ثم قاموا بإنشاء بقع على السطح الخارجي لجلد المادة المرنة. تم تعديل الجناح بزاوية اكتساح قدرها 7 درجات وتم تثبيته على حامل داخل نفق الرياح. من خلال جهاز الكبح، تم ضبط زاوية الهجوم للجناح عند -4° و0°، وتم لصق جهاز تسخين داخل الجناح.
تقوم التجربة بجمع وتسجيل الحالة الأولية للجناح من خلال نظام قياس Revealer DIC، وتسجل المقاطع البيانات في الوقت الفعلي تحت ثلاث سرعات رياح، مع زاوية اكتساح تبلغ 7 درجات وزوايا هجوم تبلغ -4 درجات و0 درجة. كما أنه يجمع ويسجل بيانات الإجهاد بنفس الزوايا التجريبية عندما يصل جلد المادة المرنة إلى التوازن الحراري.
تبدأ التجربة بإنشاء نفق الرياح مع زيادة سرعة الرياح تدريجياً إلى 30 م/ث. بمجرد استقرار سرعة الرياح، يتم إجراء جمع البيانات بسرعة عالية؛ ترتفع سرعة الرياح ببطء إلى 40 م/ث، وبعد الاستقرار، يتم إجراء جمع البيانات بسرعة عالية مرة أخرى؛ تزداد سرعة الرياح تدريجيًا إلى 45 م/ث، وبعد الاستقرار، يتم جمع البيانات بسرعة عالية. يكرر الإعداد التجريبي في ظل حالة التوازن الحراري للتدفئة العمليات كما هو موضح أعلاه.
2. تحليل البيانات التجريبية
نظرًا لأن عملية الحصول على السرعة العالية يتم تنفيذها بينما يكون الجناح في حالة مستقرة، خلال المرحلة الأولية، تم اختيار ثلاثة إطارات من الصور المجمعة تحت سرعات رياح تبلغ 30 م/ث، و40 م/ث، و45 م/ث للحساب. يتم استخدام إطار واحد من المرحلة الأولية كصورة مرجعية، بينما يتم استخدام الإطارين الآخرين لقياس الأخطاء الناجمة عن العوامل البيئية والنظامية. يتم اختيار إطار واحد من كل سرعة من سرعات الرياح الثلاث للمقارنة مع الإطار من المرحلة الأولية.
أثناء معالجة البيانات، يتم إنشاء نظام إحداثي عن طريق "اختيار الأصل" في نظام القياس، مما يؤدي إلى نظام أيمن مع المركز المتماثل لسطح الجناح في الحالة الأولية باعتباره الأصل. الاتجاه الموجب لـ x هو للأسفل على طول المحور الطولي للجناح، والاتجاه الموجب لـ z هو للداخل من السطح. تشير الإزاحة الإيجابية من السطح إلى أن الجناح ينخفض، بينما تشير الإزاحة السلبية إلى أن الجناح يرتفع. وفي وقت لاحق، تتم إزالة إزاحات الجسم الصلبة من البيانات المتعلقة بالشكل المرجعي، باستثناء تلك التي تعمل كمراجع. يتم تصدير الخرائط السحابية بناءً على نقاط الشبكة مقسمة على المناطق، مع إظهار الإزاحة من السطح عند كل نقطة شبكة، والقيم القصوى والدنيا للإزاحة الإجمالية من السطح، ويمكن الحصول على نتائج الإطارين الآخرين تحت ثلاث سرعات للرياح يمكن مقارنتها بالإطار المحدد كدليل على أن الجناح في حالة مستقرة.
3. تحليل النتائج التجريبية
① بعد فتح نفق الرياح، سيكون هناك انتفاخات ومنخفضات في المنطقة المحلية من الجلد المادي المرن للجناح.
الجدول 1: البيانات في درجة حرارة الغرفة
الجدول 2: بيانات تسخين التوازن
② تأثير زاوية الهجوم على أداء جلود المواد المرنة للأجنحة عند زاوية اكتساح قدرها 7 درجات.
من خلال تحليل الجدولين 1 و2، وجد أنه في ظل نفس ظروف درجة الحرارة وسرعة الرياح وزاوية الاجتياح، عندما تكون زاوية الهجوم 0 درجة، يكون الانحراف المعياري للإزاحة خارج السطح هو الأصغر، مما يشير إلى أن تشوه المواد أكثر اتساقا في هذا الوقت؛ الحد الأدنى لقيمة الإزاحة خارج السطح هو الأصغر، مما يشير إلى أن الانتفاخ المحلي على سطح المادة هو الأقل؛ الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى للإزاحة خارج السطح هو الأصغر، مما يشير إلى أن الحد الأقصى للتشوه على سطح المادة أصغر. ولذلك، يمكن أن نستنتج أن أداء المادة يكون الأمثل عندما تكون زاوية الهجوم 0 درجة.
③ تأثير درجة الحرارة على أداء جلود المواد المرنة للأجنحة بزاوية اكتساح قدرها 7 درجات.
بمقارنة وتحليل البيانات الواردة في الجدولين 1 و2، يمكن ملاحظة أنه في ظل نفس ظروف زاوية الهجوم وسرعة الرياح وزاوية الاكتساح، يكون الانحراف المعياري لإزاحة السطح من جلود المواد المرنة للأجنحة أكبر في حالة التوازن الحراري الساخن، مما يشير إلى تشوه غير متساوٍ للمادة في هذا الوقت؛ الحد الأقصى لقيمة إزاحة السطح أكبر، مما يشير إلى وجود انتفاخات محلية أكبر على سطح المادة؛ يكون الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى لقيم إزاحة السطح أكبر، مما يشير إلى حد أقصى أكبر للتشوه على سطح المادة. من هذا يمكننا أن نستنتج أن المادة تعمل بشكل أفضل في درجة حرارة الغرفة.
④ تأثير سرعة الرياح على أداء جلود المواد المرنة للأجنحة بزاوية اكتساح قدرها 7 درجات.
من خلال مراقبة كل عمود في الجدولين 1 و2، يمكن ملاحظة أنه عندما تكون درجة الحرارة وزاوية الهجوم وزاوية الاكتساح هي نفسها، كلما كانت سرعة الرياح أصغر، قل الانحراف المعياري للإزاحة خارج المستوى، مما يشير إلى أن المادة التشوه أكثر اتساقا في هذا الوقت؛ كلما كانت القيمة القصوى للإزاحة خارج المستوى أصغر، مما يشير إلى أن الانتفاخ المحلي على سطح المادة أصغر؛ كلما كان الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى للإزاحة خارج المستوى، مما يشير إلى أن الحد الأقصى لمبلغ التشوه على سطح المادة أصغر. وبالتالي يمكن أن نستنتج أنه عندما تكون سرعة الرياح 30 مترًا في الثانية، يكون أداء المادة هو الأمثل.
ملخص
من خلال اختبار جلد المواد المرنة في أنفاق الرياح، نكتسب فهمًا أكبر لأداء جلد الجناح لتحقيق اكتشافات مختلفة لتشوه الأجنحة، مما يعزز قدرة الطائرة على المناورة للتكيف مع متطلبات الطيران البيئية المختلفة ومتطلبات الطيران الخاصة بالمهمة. يعتمد تصنيع الطائرات على مراقبة جودة المكونات الرئيسية. ولضمان سلامة الطيران، يتطلب تصميم كل مكون واختبار إجهاد المواد أساليب قياس وتحليل متقدمة، وتطبيق البيانات التجريبية لتحسين تصميمات التصنيع.
