تحليل تنش در جسم پرنده با استفاده از مودهاي ارتعاشي

Stress Analysis of Flight Vehicles under Flight Conditions

در اين مطالعه براي محاسبه تنش حين پرواز تحت عواملي از قبيل تندباد و حركت سطوح كنترلي (مانور)، از معادلات كامل حاكم بر حركت هاي صلب و الاستيك استفاده شده است. براي اين منظور روابط خطي حاكم بر ديناميك پرواز و الاستيسيته جسم پرنده حين پرواز با استفاده از ديدگاه لاگرانژي به كار‌گرفته شده و براي بررسي رفتار سيستم بر حسب زمان حل شده اند. معادلات موردنظر شامل معادلات اساسي حركت در دستگاه بدني‌اند كه با استفاده از تعريف انرژي پتانسيل، انرژي جنبشي و نيروهاي تعميم يافته در روش لاگرانژ استخراج شده‌اند. با حل معادلات حاكم برحسب زمان، متغيرهاي پروازي و حركت هاي الاستيك بدنه برحسب زمان محاسبه شده و با استفاده از ارتباط تنش و مودهاي ارتعاشي، تنش در جسم پرنده محاسبه شده است. نتايج به‌دست آمده دربرگيرنده بررسي پايداري موشكي خاص و بررسي رفتار آيروالاستيك آن است كه نتايج مربوط به پايداري با نتايج به‌دست آمده توسط ساير مراجع مقايسه شده است.

A method is presented for the stress analysis of flight vehicles under different flight conditions including gust and control surface deflection (or maneuver) using the governing equations of rigid-body motions and elastic deformations. The Lagrangian approach is used to derive the governing equations of motions. For this purpose, the basic equations of motions are derived in terms of potential energy, kinetic energy and generalized forces, which are, in turn, computed in terms of rigid-body motion variables, elastic mode shapes and distribution for aerodynamic forces. By replacing them into the relations obtained, the governing equations for aeroelastic behavior of the vehicle are derived. The system of aeroelastic equations of motions is solved in time domain using numerical methods. The stress distribution is determined using the relation between modal variables and strain at each point. Finally, the prepared code is verified through comparison of the results obtained from the proposed method for the stability of a rocket and the same results reported by other studies. Also additional information such as maximum stress in the body is presented for various flight conditions