تحليل ديناميكي سيستم سورتمه جرم متغير تحت نيروهاي متغير

Dynamic Analysis of a Variable Mass Sled System under Variable Forces

از سيستم سورتمه به‌منظور آزمايش سازه‌هاي ضد نفوذ، آزمون پرش صندلي خلبان و تجهيزات فضايي استفاده مي‌شود كه فناوري آن در اختيار تعداد اندكي از كشورهاي پيشرفته است. در اين پژوهش، تحليل ديناميكي نيروهاي وارد بر يك نمونه از اين سيستم، موردبررسي قرار گرفته است. نيروهاي مؤثر وارد بر سورتمه شامل نيروي پيشرانه، نيروي پسا و برآ و نيروي اصطكاك است كه همگي متغير مي‌باشند. به‌منظور به دست آوردن نيروي پيشرانه با توجه به مشخصات عملكردي و هندسي سورتمه طراحي‌شده، اقدام به طراحي گرين موتور سورتمه جهت رسيدن به سرعت 0/85 ماخ در مدت يك ثانيه شده است. پس از استخراج معادلات حاكم جهت به دست آوردن نيروي پيشرانه، با استفاده از برنامه‌نويسي، تغييرات نيروي پيشرانه در طول زمان سوزش به دست آورده شده و فرموله مي‌شود. در مرحله بعد براي به دست آوردن نيروهاي برآ و پسا از شبيه‌سازي عددي استفاده‌ شده و پس از صحت‌سنجي روش عددي با پژوهشي تجربي، مقادير نيروي پسا و برآ در سرعت‌هاي مختلف استخراج و فرموله مي‌گردد. در ادامه با توجه به تغييرات جرم سورتمه در مدت سوزش، نيروي اصطكاك بين ريل و كفشك سورتمه به دست آورده مي‌شود. در نهايت معادله ديفرانسيل سيستم استخراج و رفتار ديناميكي سيستم تحليل مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه بيشترين فشار در قسمت داخلي كفشك واردشده كه در سرعت‌هاي بالا مي‌تواند منجر به سايش و خرابي سطح ريل شده و منجر به انحراف سورتمه از مسير ريل گردد. همچنين ميزان نيروي اصطكاك در برابر ساير نيروها قابل صرف‌نظر است.

The sled system is used to test anti-penetration structures, ejection seat, and spacecraft equipment that its technology is owned by a few developed countries. In this research, the dynamic analysis of applied forces on the system has been investigated. The effective forces on the sled include propulsive force, drag force, lift force, and friction force, which are all variable. To obtain the propulsive force according to the functional and geometric specifications of the designed sled, the grain engine design has been carried out to reach 0.85 Mach in a second. After extracting the governing equations for extracting the propulsive force, the changes of the propulsive force during the combustion time were obtained and formulated. At the next step, numerical simulation is used to obtain the lift and drag forces and after validating the numerical solution with experimental research, the values of drag and lift forces at different speeds are extracted and formulated. Next, due to sled mass variations during the combustion step, the friction force between the rail and the slipper is obtained. Finally, the differential equation and dynamic behavior of the system are analyzed. The results show that amount of friction force is negligible in comparison with other forces. Also, the highest pressure is applied to the inner part of the slipper, which can lead to wear and damage of the rail surface at high speeds and lead to the sled deviating from the rail track.