مبدل گشتاور چگونه کار می کند؟

ترجمه از سید حسین حسینی )

اگر درباره ی انتقال قدرت دستی مطاله ای داشتید، شما می دانید که یک موتور از راه کلاچ به جعبه دنده مرتبط شده است. خودرو بدون این ارتباط  قادر نخواهد بود به طور کامل بایستد، مگراینکه موتور را خاموش کنیم. اما خودروها ی با انتقال قدرت خودکار، هیچ کلاچی ندارند که انتقال قدرت را از موتور قطع کند. در عوض ، انها از یک قطعه ی شگفت انگیز که مبدل گشتاور نامیده می شود، استفاده می کنند. مبدل ممکن است زیاد عالی به نظر نرسد ولی چند چیز جالب درون قسمت داخلی آن وجود دارد.

در این مقاله ما می آموزیم که چرا خودروهای دنده اتوماتیک به یک مبدل گشتاور نیاز دارند ، مبدل گشتاور چطور  کار می کند و چه چیزها از معایب و مزایای آن هستند.

مقدمه :

درست مانند خودروهای دنده دستی ، خودروهای دنده اتوماتیک هنگامی که چرخها و چرخ دنده ها در گیربکس توقف می کنند، به راهی برای اجازه دادن به چرخش موتور احتیاج دارند. خودروهای دنده دستی از یک کلاچ استفاده می کنند که موتور را به طور کامل از جعبه دنده جدا می کند. خودروهای دنده اتوماتیک از یک مبدل گشتاور استفاده می کنند.

مبدل گشتاور یک نوع کوپلینگ هیدرولیکی است ، که اجازه می دهد موتور به مقدار کمی ازادانه و جداگانه از جعبه دنده بچرخد.اگر موتور به طور اهسته در حال گردش است ، همچون زمانی که خودرو درپشت چراغ قرمز توقف کرده، مقدار گشتاور رد شده داخل مبدل گشتاور خیلی کم است ، بنابراین برای نگه داشتن  خودرو  فقط یک فشار کم روی پدال ترمز لازم دارد.

اگر شما زمانی که خودرو ایستاده بود پدال گاز را فشار می دادید ،  مجبور بودید برای نگه داشتن خودرو از حرکت، فشار بیشتری روی پدال ترمز وارد کنید. این به خاطر این است که هنگامی که شما پا روی پدال گاز می گذارید ، سرعت خودرو بالا می رود و درون مبدل گشتاور سیال بیشتری ارسال می شود که سبب بیشتر شدن گشتاور انتقال داده شده به چرخ ها می شود.

 اجزای مبدل گشتاور :

در شکل نشان داده شده زیر ، چهار قطعه درون بدنه خیلی محکم مبدل گشتاور وجود دارد.

●پمپ

●توربین

●استاتور

●سیال جعبه دنده

بدنه مبدل گشتاور به فلایویل موتور پیچ شده است، بنابراین مبدل با هر سرعتی که موتور می گردد، گردش می کند.پره هایی که پمپ کردن مبدل گشتاور را ایجاد می کنند به بدنه وصل شده اند ، بنابراین سرعت انها هم با سرعت موتور یکی است.                     

شکل برش خورده ی زیر نشان می دهد هر قطعه ای به چه صورت درون مبدل گشتاور بسته شده است

اجزا مبدل چگونه به گیربکس و موتور متصل شده اند

پمپ درون یک مبدل گشتاور یک نوع پمپ گریز از مرکز (پمپ سانتریفیوژ) است. همچنانکه مبدل می چرخد، سیال به بیرون پرت می شود ، تقریبا مانند چرخش دورانی یک ماشین لباس شویی ،که آب و لباس ها را به طرف بیرون جداره ی ماشین لباس شویی پرتاب می کند. در صورتی که سیال به بیرون پرتاب شود ، یک خلا ایجاد می شود که سیال بیشتری را به مرکز می کشد. 

مقطع پمپ  که به بدنه ی مبدل گشتاور متصل است.

 سپس سیال وارد تیغه های توربین، که به گیربکس متصل است، می شود. توربین باعث چرخش گیربکس می شود که بطور اساسی خودروی شما را حرکت می دهد.

شما در شکل زیر می توانید ببینید که تیغه های توربین کج شده هستند. این به این معنا است که سیالی که از بیرون توربین( پمپ)  به آن وارد می شود، قبل از خارج شدن ان از مرکز توربین،یک تغییر مسیر دارد. این تغییر مسیر است که باعث چرخش توربین می شود.

توربین مبدل گشتاور : هزار خار وسط را به خاطر بسپارید.این  جایی است که به آن گیربکس متصل می شود.

برای تغییر مسیر صحیح یک شئ متحرک، شما باید نیرویی به ان اعمال کنید. مهم نیست که شئ یک خودرو است و یا یک قطره سیال. و هر نیرویی که باعث تغییر مسیر شئ شود،عکس العملی دارد که باعث تغییر مسیر منشا نیرو می شود. بنابراین توربین باعث تغییر مسیر سیال می شود، و سیال باعث چرخش توربین می شود.

سیالی که از مرکز توربین خارج می شود، در یک مسیر متفاوت نسبت به زمانی که وارد شده بود، حرکت می کند. اگر  به پیکان های شکل بالا نگاه کنید، می توانید ببینید سیالی که  از توربین متحرک  خارج می شود در خلاف جهتی است که پمپ (و موتور) می چرخد. اگر سیال اجازه داشته باشد به پمپ ضربه بزند، باعث اتلاف نیرو و کند کار کردن موتور می شود. این دلیلی است که مبدل گشتاور یک استاتور دارد.

استاتور سیال بازگشتی از توربین را به پمپ می فرستد. این راندمان مبدل گشتاور را بهبود می بخشد. توجه کنید که هزار خار استاتور به یک کلاچ یکطرفه متصل است.

 استاتور در مرکز مبدل قرار دارد. وظیفه ی ان هدایت دوباره ی سیال خروجی از توربین است قبل از اینکه به پمپ ضربه بزند. این به طور چشمگیری راندمان مبدل گشتاور را افزایش می دهد.

 استاتور یک تیغه ی طراحی شده خیلی تهاجمی دارد که مسیر سیال را تقریبا به طور کامل وارونه می کند. یک کلاچ یکطرفه (داخل استاتور) استاتور را به یک شافت ثابت در گیربکس ارتباط می دهد( مسیری که کلاچ اجازه دارد گردش کند در شکل بالا ملاحظه می شود). به خاطر این طرح هنگامیکه سیال به پره های استاتور برخورد می کند استاتور نمی تواند با نیروی سیال برای تغییر مسیر ، بچرخد.و می تواند فقط در جهت مخالف بچرخد.

 وقتی خودرو حرکت می کند یک اتفاق کوچک قدری فریبنده رخ می دهد. یک نقطه در نزدیکی سرعت 40 مایل بر ساعت یا 64 کیلومتر بر ساعت که هر دو تای پمپ و توربین تقریبا با سرعت یکسان می چرخند(پمپ همیشه کمی سریع تر گردش می کند). در این نقطه، سیال از توربین برگشته، وارد پمپ متحرک در مسیر یکسان می شود، درنتیجه نیازی به استاتور نیست.

 با وجود اینکه توربین مسیر سیال را تغییر دهد و آن را به پشت پرتاب کند، به دلیل آنکه که توربین در جهتی سریعتر از سیال پمپ شده در جهت دیگر می چرخد، سیال آرام در مسیری که توربین می چرخد خاتمه می یابد. اگر شما در پشت وانت با سرعت 60 مایل بر ساعت می ایستادید، و شما یک توپ را با سرعت 40 مایل بر ساعت به عقب پرتاب کنید، توپ با سرعت 20 مایل بر ساعت به جلو پیشروی می کند. این شبیه چیزی است که در توربین رخ می دهد: سیال در یک مسیر به عقب پرتاپ می شود، اما نه با سرعت عازم شدن آن که در جهت دیگر روانه می شد.

 در این سرعت ها سیال در حقیقت به طرف پشت تیغه ی استاتور ضربه می زند، و باعث آزادگردی آن روی کلاچ یکطرفه اش می شود بنابراین مانع حرکت سیال در آن نمی شود.

مزایا و معایب:

 درجمع وظیفه ی خیلی مهم مبدل این است که خودرو شما بدون خاموش شدن موتور ایست کامل کند ، در واقع مبدل گشتاور ،گشتاور بیشتری به خودرو شما بواسطه ترمز دهد.مبدل های گشتاور جدید میتوانند گشتاور را از دو به سه برابر افزایش دهند. این نتیجه زمانی اتفاق می افتد که موتور سریعتر از چرخها(سیستم انتقال قدرت) می گردد.

 در سرعت های بالا ، جعبه دنده تقریبا در یک سرعت یکسان با موتور،  حرکت را از موتور می گیرد.به طور مطلوب اگرچه سیستم انتقال قدرت تمایل دارد عینا با  سرعت یکسانی با موتور حرکت کند،ولی به دلیل این اختلاف سرعت قدرت تلف می شود.این قسمتی از این دلیل است که خودروهای اتوماتیک نسبت به خودروهای دنده دستی بدتر گاز می خورد.

برای مقابله کردن با این اثر، بعضی خودروها یک مبدل گشتاور با قفل کلاچ دارند.هنگامی که نیمه های مبدل گشتاور به سرعت بالایی می رسند، این کلاچ انها را به هم وصل می کند،برای رفع کردن لغزش و بهبود بخشیدن راندمان.

منبع:http://www.parsikhodro.com

نرم افزار SimMechanics

نرم افزار SimMechanics محصول شرکت MathWorks  است که به منظور تحلیل و مدلسازی سیستم های دینامیکی – مکانیکی طرّاحی شده است . تا به حال دو نسخه از این نرم افزار ارائه شده که همراه با نرم افزار MATLAB و به عنوان یکی از ماژول های آن در بسته نرم افزاری مزبور در تمام دنیا به فروش رسیده است . از ویژگی های بسیار جالب این نرم افزار توانایی آن در برقراری ارتبـــاط ســــاده و آســان آن با دیگــــر ماژول های MATLAB  مانند Simulink, Virtual Reality Toolbox , Control Toolbox  است . مدلسازی و تحلیل سیستم های دینامیکی در این نرم افزار در 4 محیط آنالیز گوناگون انجام می شود :

1. Forward Dynamics Mods : دراین مود تحلیلی موقعیّت ها و سرعت های اجرای سیستم در هر timestep با داشتن مقادیر اوّلیّه سرعت و مکان آنها و نیروهای اعمال شده به سیستم محاسبه می شوند .این مود برای شبیه سازی رفتار سیستم ها متناسب است .

2. Inverse Dynamics Mode : در این مود تحلیلی نیروی لازم برای ایجاد یک سرعت مشخّص در هر یک از اجزای سیستم محاسبه می گردد . از این مود برای شبیه سازی سیستم های حلقه باز با مدل های مشتمل بر سرعت در همه درجات آزادی و همه اجزای ماشین استفاده می شود .

3. Kinematics Mode  : در این مود تحلیلی نیز مانند مود inverse dynamics نیروی لازم برای ایجاد یک سرعت خاص در بخش های مختلف سیستم محاسبه می شود با این تفاوت که مدل ها دراین مود بصــورت حلقه بسته می شوند .

4. Trimming Mode  : در این محیط می توان برای سیستم  یک حل حالت پایدار ( steady-state) پیدا کرد . چارت آنالیز در این نرم افزار به صورت شکل (1) می باشد .

عمل مدلسازی دراین نرم افزاربه کمک بلوک هایی(Blocks) انجام می شود که به صورت کتابخانه ای نسبتاً مفصل ازبلوک های پیش ساخته درداخل آن قرارداده شده است (هرچند که امکان تعریف بلوک های جدید متناسب با نیازهای کاربرنیز ازقابلیت های بسیارحائزاهمیت در این نرم افزارمی باشد.) کاربردرابتدا می بایست بلوک های معرفی کننده ی قسمت های مختلف سیستم دینامیکی را از کتابخانه بلوک های نرم افزارانتخاب و درج نماید . سپس آنها را به ترتیب مناسب به یکدیگر وصل کرده، پارامترهای مورد نیازهر بلوک را با توجه به مشخصات مسأله تنظیم کند. دراین مرحله مدل توپولوژیکی از   سیستم بدست خواهد آمد که به طورصحیح رفتاردینامیکی سیستم را شبیه سازی می کند. درگام بعدی به منظور اعمال نیرو وگشتاورهای خارجی بعنوان منابع تحریک سیستم از بلوک های ویژه ای که به همین منظور درکتابخانه نرم افزارتعبیه شده است استفاده می شود. ازآنجا که هدف نهایی ازانجام یک شبیه سازی دریافت پارامترهای مدنظرطراح می باشد لذا استفاده ازابزارهای اندازه گیری کمیت های دلخواه قسمت بعدی کارمدل سازی را تشکیل می دهد. در خاتمه انجام شبیه سازی ومشاهده نتایج حاصل ازآن وتفسیراین نتایج براساس درک وبینش مهندسی کاربرگامهای نهایی دراستفاده ازاین نرم افزارمی باشد.

از قابلیت های منحصربفرد این نرم افزارتشابه ساختاری آن با بسته نرم افزاری قدرتمند Simuechanics همچنین می تواند به کمک جعبه ابزار واقعیت مجازی (Virtual Reality Toolbox) موجود درMATLAB رفتار سیستم را چه در حین ساخت مدل و چه درحین شبیه سازی آن به صورت گرافیکی نمایش دهد. حتی می توان عمل متحرک سازی ومشاهده رفتار سیستم به صورت انیمیشن را بصورت نسبتاً قابل قبولی درمحیطMATLAB  انجام داد که علاوه برسادگی از سرعت بیشتری نیز نسبت به جعبه ابزار واقعیّت مجازی برخودار می باشد . هرچند که کیفیّت و وضوح تصاویر در این جعبه ابزار و نیز امکانات بصری متنوّع موجود در آن نمایش ماشین را جذّاب تر و ملموس تر می نماید .

یکی از ویژگیهایی که این نرم افزار را از نرم افزار Simulink متمایز می سازد آن است که این نرم افزار با گرفتن مدل فیزیکی سیستم از کاربر به طور اتوماتیک فاز مدلسازی ریاضی را انجام می دهد در حالیکه Simulink نیازمند انجام فاز مدلسازی ریاضی توسّط کاربر است .

هرچند که کار با این نرم افزار بسیار ساده است ولی دانستن نکات پایه ای در دینامیک و بخصوص نحوه ی فرمول بندی مسائل دینامیک ماشین و مکانیزم ها جهت استفاده از این نرم افزار مفید می باشد .

مدل سينماتيكي و تحليل در مكانيزم تيغه دستگاه برش كاغذ

چکیده :

مدل سینماتیک وتحلیل درمکانیزم تیغه دستگاه برش کاغذ:

دراین مقاله هدف ارائه یک مدل سینماتیک مناسب برای مکانیزیم پیچیده برش کاغذ   می باشد . به طور کلی روال معمول درتحلیل مکانیزمها بدینگونه است که تلاش میشود حلقه های بسته حاصل از اهرمها را تشکیل داد تا امکان محاسبات فراهم گردد. دراین مقاله نشان داده شده است که استفاده از حلقه های کمکی موجب حفظ شدن درجه آزادی مکانیزیم شده ت احل دستگاه معادلات غیر خطی را ممکن سازد . مقادیر بدست آمده از حل معادلات،کاملاً با نتایج تجربی مطابقت داشته است که اطمینان از صحت مدل سینماتیکی اختیار شده را حاصل می کند و اکنون می توان بهینه سازی مکانیزیم را درچارچوب محدودیتهای تکنولوژی فراهم آورد. این نتایج برا ی ساخت وتولید دستگاه برش کاغذ مورد استفاده قرارگرفته است ونکته اساسی در تکنولوژی ساخت این ماشین می باشد.

واژه های کلیدی:  مکانیزیم شش میله ای – مدل سینماتیکی- حلقه بسته

مقـدمـه:

 درساخت وتولید مکانیزمها ویا بطور کلی دستگاههای مکانیکی ،روال بدین صورت است که ایده اولیه را به صورت یک مدل که از لحاظ ساخت آسان باشد،تهیه می کنند.آنگاه از روی آن مدل سینماتیکی رافراهم نموده ومحاسبات مهندسی از جنبه های مختلف انجام می دهند سپس با منظور کردن مشکلات ومحدودیتهای تکنولوژی ساخت وبا رسیدن به اهداف طرح برای بهینه سازی مکانیزیم تلاش می  شود.

دراین مقاله مکانیزیم شش میله ای دستگاه برش کاغذ با دهانه 115 سانتی متر مورد مطالعه قرار گرفته است قابل ذکر است که هرگونه تلرانس و لقی مجاز که نادیده گرفته شود، مستقیماً در محاسبات تأثیر کرده وعملکرد مکانیزیم را مختل می کند . شش جزء تشکیل دهنده مکانیزیم شامل لنگ، شاتون،حامل تیغه برش،  دو لغزنده وبدنه دستگاه می باشد.

عملـکـرد وپیچیدگیهای مـکـانیـزیـم:

عملکرد مکانیریم برش بگونه ای تنظیم می شود که حرکت بطور مورب آغاز و درانتهای مسیر به حالت افقی درمی آید وسرعت قبل از تماس با بدنه به صفر می رسد . حرکت ورودی به این مکانیزیم از طریق الکتروموتور، دو قطعه چرخ طیار،گیربکس حلزونی وکلاچ هیدورلیکی تامین می شود.

این مکانیزیم هم از جهت طراحی وهم ازجهت ساخت دارای پیچیدگی هایی می باشد یکی از پیچیدگیهای این مکانیزمفعضو حامل تیغه برش می باشد. این عضو که شکل خاصی دارد ،دارای دو شیار غیر موازی می باشد که لغزنده ها دردرون این دو شیار قرارمی گیرند . برخلاف مکانیزمهای معمول که لغزنده ای درشیاری ثابت حرکت         میکند،دراین مکانیزیم لغزنده ها ثابت وشیارها متحرک می باشند. همچنین امتداد شیارها درلحظه با تغییر زاویه حامل تیغه عوض می شود این عامل وعوامل دیگری چون تنظیم پذیربودن محل لغزنده ها وطول شاتون وباعث تعدد وپیچیده شدن پارمترهای دخیل در مکانیزیم برش شده که این امر،طراحی،تحلیل وساخت مکانیزیم برش را مشکل می کند. حامل تیغه برش و ابعاد و زوایای مهم آن نشان داده شده است.

مـدل سینماتیکــی:

مدل که برای مکانیزیم مورد نظر پس از چند بار سعی وخطا بدست آمده، دراین مدل لنگ عضو شماره 2 شاتون شماره 3، حامل تیغه عضو شماره 4، لغزنده سمت چپ عضو شماره 5،لغزنده سمت راست عضو شماره 6 وبدنه دستگاه عضو شماره 1 درنظرگرفته شده است. 8 بردار بر روی این مدل تعریف شده است که این هشت بردار دو حلقه بسته برداری را تشکیل می دهند. بدست آوردن مدل مناسب وانتخاب موقعیت بردارها ازنکات ویژه این مقاله می باشد . زیرا درجه آزادی مکانیزیم کاملاً بدان بستگی داردو درغیر اینصورت تحلیل مکانیزیم غیر ممکن شده ویا به درستی انجام نخواهند شد.

تحلیل سینماتیکـی:

تحلیل سینماتیکی شامل استخراج معادلات مشخص کننده تغییر مکان،سرعت وشتاب هر یک از اجزاء مکانیزیم وسپس حل آنها وبدست آوردن منحنی های مربوطه می باشد.

تحلیل سینماتیکی شامل سه بخش زیرمی شود:

الف) تحلیل موقعیت             ب) تحلیل سرعت         ج) تحلیل شتاب

روش کاربدین شکل است که معادلات برداری حاصل از حلقه های بسته برداری ،تبدیل به معادلات اسکالر شده وسپس دستگاه معادلات اسکالر رابه وسیله کامپیوتر حل کرده ومجهولات موقعیت درحالت مختلف رابدست می آوریم . سپس با مشتق گرفتن دوباره ازمعادلات سرعت،وجایگذاری عبارات معادلات درآن،روابط مربوط به شتاب اجزاء مکانیزیم بدست آمده وبا حل آنها می توان مقادیر مجهولات شتاب رابه دست آورد.

محاسبات:

با استفاده از روش نیوتون رافسون برای حل دستگاه معادلات غیر خطی، برنامه ای برای حل معادلات تعیین مکان،سرعت وشتاب نوشته شده است.

دراین  برنامه ابتدا مقادیر ثابت بردارهای انتخابی وارد می شود . سپس باید  برای مجهولات ،مقادیر اولیه ای راحدس زد. بعد ازاین مرحله باید زاویه دوران لنگ را وارد کرد. برنامه،معادلات تغییر مکان را حل کرده و مجهولات را پیدا می کند با وارد کردن سرعت زاویه ای لنگ وحدس زدن مقادیری برای مجهولات سرعت،برنامه ،معادلات تعیین سرعت را حل کرده ومجهولات سرعت را می یابد. سپس با وارد کردن شتاب   زاویه ای لنگ وحدسهای اولیه ای برای مجهولات شتاب، برنامه معادلات تعیین شتاب را حل کرده و مجهولات شتاب رابدست می آورد.

با حل معادلات تغییر مکان، سرعت وشتاب توسط کامپیوتر ،می توان برای زوایای مختلف دوران لنگ ،مقادیر مکان،سرعت وشتاب را بدست آورد وسپس منحنیهای تغییر مکان، تغییر سرعت وتغییر شتاب رابرحسب تغییرات زاویه لنگ رسم کرد.

به دو طریق ازصحت نتایج اطمینان حاصل شد . روش اول شبیه ساری سه بعدی مکانیزم با نرم افزار بود که نتایج حاصل از شبیه سازی به خوبی  با نتایج محاسبات تطابق داشتworking  Model 3D) )روش دوم اندازه گیری  تجربی بود که حاکی ازتطابق کامل محاسبات با نتایج تجربی بود.

نتیجه گیری :

دراین مقاله هدف ارائه یک مدل سینماتیکی مناسب برای  مکانیزیم پیچیده برش کاغذ و همچنین استخراج معادلات سینماتیکی حاکم برآن جهت انجام تحلیل بود.

مقادیر بدست آمده ازحل معادلات کاملاً با نتایج تجربی مطابقت داشته است که اطمینان از صحت مدل سینماتیکی اختیار شده را می رساند واکنون می توان بهینه سازی مکانیزم را در چارچوب محدودیت های تکنولوژی فراهم آورد . این نتایج برای ساخت وتولید دستگاه برش کاغذ مورد استفاده قرارگرفته است ونکته اساسی در تکنولوژی ساخت این ماشین می باشد.

پرنده‌ای با سرعت 5 ماخ (ارورا)

تمام چيزهايي كه در مورد آن گفته مي‌شود و حتي اسمي كه براي آن انتخاب شده است، همگي بر پايه حدسيات و مشاهدات غير علمي افراد مختلفي است كه اطلاعات ناقصي از اين پرنده ناشناس يا به قول متجددان X دارند كه به صورت قطعي نمي‌توان اين گفته‌ها را تاييد يا رد كرد. 
اما «آئورورا» چيست؟ اولين بار در سال ۱۹۸۶ در لايحه درخواست بودجه وزارت دفاع آمريكا يك درخواست يك خطي ديده مي‌شد كه زير اين برگه نوشته شده بود «آئورورا» و براي آن معادل ۲ /272 ميليارد دلار بودجه درخواست شده بود كه نشان از اهميت و عظمت اين طرح مي‌داد. 
بعدها در سال ۱۹۹۴ بن ريچارد يكي از صاحبنظران صنعت هوايي آمريكا اعلام داشت كه اين نام، اسم رمزي بود براي طرحATB. ATB مخفف Advanced Technology Bomber به معناي بمب افكن با فناوري پيشرفته است كه شركت نورثروپ (Northrop) و به پيشنهاد لاكهيد (Lockheed) در اواخر سال ۱۹۸۱ ميلادي آن را در مناقصه اي در وزارت دفاع آمريكا برنده شدند كه B-2 ملقب به اسپريت به معناي «شبح» نتيجه اين طرح بود. از آن جا كه هنوز همB-2 جانشين خاصي پيدا نكرده است نمي‌توان آئورورا را يك ATB و در نتيجه جانشين B-2دانست. 
اما يكي ديگر از احتمالاتي كه توسط متخصصان صنايع هوايي آمريكا در مورد اين پرنده ناشناس مي‌دهند اين است كه اين هواپيما در واقع جايگزيني براي هواپيمايSR-71 باشد و به همين دليل آن راSR-91 هم ناميده‌اند. 
از ديگر نام‌هاي مستعاري كه براي اين پرنده ناشناس استفاده شده است مي‌توان بهXR-7 اشاره كرد كه گمان برده مي‌شد فاز دوم طرحي باشد كه فاز يكم آنSR-75 بود. 
سنيورسيتيزن نام ديگري است كه «پرنده اكس» را با آن هم مي‌شناسند. سنيور كلمه‌اي است كه در بيشتر هواپيماهاي طبقه بندي شده ارتش آمريكا استفاده شده است. براي نمونه نام طبقه‌بندي شدهU-2 ملقب به( Dragan Lady)اژدها خانوم Senior Book بود و يا نام طبقه‌بندي شده F-117، Seniar Trend بود. 
متخصصان بر اين باورند كه آئورورا بعدها به سنيورسيتيزن تغيير نام داد. از آن جا كه «پرنده اكس» را جايگزيني براي SR-71 مي‌دانند و مي‌توان احتمال داد اين نام بهترين گزينه براي پرنده اكس است. چون هر دوي اين نام‌ها يك حركت آرام بدون بالا و پايين را به ذهن متبادر مي‌كنند و جايگزينSR-71 نمي‌تواند حركتي جز اين نوع داشته باشد. 
پرنده ناشناس را با نام «پدربزرگ» هم مي‌شناسند كه ريشه اين يكي نامشخص است. اما نامي كه از ديگر نام‌ها متداول‌تر است همان آئورورا است. ولي آئورورا چيست؟ آئورورا در تاريخ اساطيري يونان باستان جايگاه ويژه‌اي دارد. او الهه «سپيده سحري» است كه ستارگان را خلق كرده و آنها را در شب چيد. 
نام پرنده اكس هرچه كه باشد، شناخته شده‌ترين طرح طبقه‌بندي شده ارتش آمريكاست. حالا با اين توصيفاتي كه در مورد نام پرنده اكس دانستيد، بد نيست كمي هم از پيشينه مجهول آئورورا بدانيد. همان طور كه در بالا هم گفته شد اولين بار آئورورا در لايحه درخواست بودجه وزارت دفاع آمريكا ديده شد. 
رديفي كه آن در آن قرار داشت بعد از طرح‌های SR-71 وU-2 بود. در سال ۱۹۸۶ ميلادي دولت آمريكا بسياري از زمين‌هاي فوق سري اطراف درياچه گروم در صحراي نوادا (Nevada) را با استحكامات غير قابل نفوذ محصور كرد. از آن سال به بعد بسياري از تأسيسات مدرن و غير قابل نفوذ درون اين حصار ساخته شده و هنوز هم اين پايگاه در حال تكميل شدن است. 
حتي براي غير قابل نفوذ كردن آن زمين‌هاي اطراف پايگاه هم توسط دولت، مناطق ممنوعه اعلام شده است. اين در حالي است كه دولت آمريكا وجود چنين پايگاهي در صحراي نوادا را به شدت تكذيب مي‌كند. 
احتمال داده مي‌شود اين پايگاه به اندازه غير معمول باند پروازي آن (كه نمي‌توان اين گفته را هم تاييد كرد چون حدس زده مي‌شود با توجه به اندازه‌هاي پايگاه باند پروازي آن تقريباً چهار برابر باندهاي پرواز معمول باشد) محلي باشد براي پرواز و فرود آئورورا. 
در سال ۱۹۸۸ روزنامه نيويورك تايمز گزارش داد كه نيروي هوايي ارتش ايالات متحده روي يك هواپيماي مقدماتي كه مي‌تواند به سرعت شش ماخ دست يابد كار مي‌كند.در فاصله ژوئن سال ۱۹۹۱ تا ژوئن سال بعد، در كاليفرنياي جنوبي غرش‌هايي شنيده مي‌شد كه مربوط به هيچ هواپيماي شناخته شده‌اي نبود. اين غرش‌ها به قدري بلند بودند كه حتي زلزله نگارهاي مركز ژئوفيزيك آمريكا هم آنها را ثبت كردند. 
اين غرش‌ها را حتي از غرش هنگام فرود شاتل‌ها هم وحشتناك‌تر توصيف مي‌كردند. اين غرش‌ها به سمت شمال شرق روي لس‌آنجلس و صحراي(Mojave) امتداد مي‌يافت؛ به مناطقي كه پايگاه هوايي نليس و پايگاه گروم ليك در آنها وجود داشت. 
اما يكي از مواردي كه سري بودن و ناشناخته بودن اين پرنده را به شدت تاييد مي‌كند مربوط مي‌شود به فوريه ۱۹۹۲. در اين تاريخ يكي از مسئولان كنترل ترافيك هوايي نيروي هوايي سلطنتي انگلستان(RAF) در اسكاتلند، علامتي راداري را در پايگاه هوايي مك‌ريهانش(Machrihans) مشاهده كرده بود كه در فاصله بسيار كوتاهي به سرعت سه ماخ دست يافته بود و هنگامي كه با پايگاه مذكور تماس گرفته بود و علت اين علامت را پرسيده بود، به وي گفته بودند كه موضوع را فراموش كند. 
اينها، تنها مواردي نبودند كه مربوط به پرنده اكس مي‌شدند بلكه دهها مورد ديگر وجود دارد كه در آمريكا و انگلستان گزارش و همگي به گونه‌اي با پرسش بي پاسخي مواجه شده‌اند، پرسشي كه مربوط به پرنده‌اي سريع و غران مي‌شده است. تنها هنگامي مي‌توان به راز اين پرسش پي برد كه نيروي هوايي آمريكا خود پرده از آن بردارد. 
اما تنها چيزي كه به يقين در مورد آئورورا مي‌توان گفت اين است كه آئورورا يك پرنده هايپرسونيك (ابر صوت که سرعتهای بیشتر از 5 ماخ دارند) است. اما اولين هواپيماهاي هايپرسونيك كي ساخته شده است؟ 
تا سال ۱۹۶۵ ميلادي سريع‌ترين هواپيماها دو هزار مايل بر ساعت سرعت داشتند در صورتي كه در سال ۱۹۴۵ تنها چند هواپيما مي توانستند به سرعت ۵۰۰ مايل بر ساعت دست يابند. پس گام منطقي ديگر، ساختن هواپيماهايي بود كه ديوار صوتي را بشكنند. 
با شكسته شدن ديوار صوتي توسط جت‌هاي جنگنده كه توسط شوروي سابق و ايالات متحده آمريكا ساخته مي‌شدند، اولين گام‌ها براي ساختن پرنده‌هاي هايپرسونيك برداشته شد. 
لازمه رسيدن به سرعت بسيار بالا داشتن موتور بسيار پيشرفته و مهم‌تر از آن بدنه‌اي است كه طاقت سرعت يك مايل بر ثانيه معادل ۳۶۰۰ مايل بر ساعت يا همان ۴/۵ ماخ داشته باشد. از اين جا مي‌توان به ساختار بسيار پيچيده آئورورا پي برد. از اولين هواپيماهاي هايپرسونيك مي‌توان به X-15 وFDL-15 اشاره كرد كه توسط ناسا و لاكهيد مارتين ساخته شده‌اند. 
در مورد آئورورا اطلاعات مختصري هم وجود دارد كه بيشتر بر پايه حدسيات است و از سوي منابع خاصي تاييد نشده‌اند. اما واقعي به نظر مي‌رسند. بيشينه سرعت اين پرنده در حدود پنج تا هشت ماخ گزارش شده است. 
طول آن در حدود ۱۱۰ فوت (۵/۳۳ متر) و طول دو سر بال آن كه كاملاً به صورت مثلث است حدود ۶۰ فوت(۲/۱۸ متر) است. اين هواپيما احتمال سقف پروازي در حدود ۱۵۰ هزار فوت (۴/۲۸ مايل) يا بيشتر دارد. در مورد موتور اين هواپيما نمي‌توان به نظر واحدي رسيد. 
با توجه به گفته‌هاي شاهدان مختلف در آمريكا و انگليس چندين نوع موتور مختلف مي‌تواند در اين پرنده به كار گرفته شده باشد. 
مثلاً بر پايه چيزي كه شاهدان در كاليفرنيا گفته‌اند، مي‌توان احتمال داد كه از يك موتور رم جت سيكلي متان سوز كه تغييرات بسيار زيادي در آن داده شده در آئورورا استفاده شده است. در مورد نيروي پيش رانش اين هواپيما چهار نظريه وجود دارد كه مختصراً آنها را به شما معرفي مي‌كنم. 
اولين نظريه PWDE است. اين كلمه مخفف Pulse Detonation Wave Engine است. اين موتور شيوه كار بسيار پيشرفته و پيچيده‌اي دارد. در اين روش هيدروژن و يا متان مايع بر روي بدنه تزريق مي‌شوند و پس از گرم شدن توسط PWDE مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
دومين نظريه Ramjet است.
اين مورد همان موتور رم جت سيكلي متان سوز است كه در بالا گفته شد. رم جت‌ها در حالت عادي مي‌توانند سرعت ۶-۴ ماخ را به دست آورند. اما اين سيستم در آئورورا دچار تغييراتي شده است كه مي‌تواند سرعت ۸-۵ ماخ را به دست آورد. 
نظريه سوم سيستم Rulsejet معمولي است. در اين حالت هوا از جلو توسط موتور مكيده شده و پس از فشرده شدن و خروج با فشار از درون موتور باعث پيش رانش هواپيما مي‌شود. 
نظريه چهارم هم Turbo Rochetjet است. در اين مورد اطلاعات خاصي در دست نيست و صرفاً يك نظريه است. اما هنوز هم با همه اين توصيفات نمي‌توان گفت كه حتي آئورورا وجود خارجي دارد يا نه، شايد همه آن چيزهايي كه شاهدان در جاهاي مختلف ديده‌اند مربوط به چندين هواپيما مي‌شده است كه هيچ ربطي به هم نداشته باشند و مسئولان نظامي آمريكا با پاسخ ندادن به ابهامات پيش آمده، مي‌خواهند وجهه‌اي اساطيري به طرح‌هاي خود بدهند. 

مهندسي مجازي در نيروگاه هاي آينده

● نويسنده: مارك - برايدين / داگ مك - كوركل 
● منبع: خبرگزاری - شانا 



وزارت انرژي آمريكا، برنامه هاي بسياري براي آينده توليد انرژي از نيروگاه هاي زغال سنگ سوز درنظرگرفته است. نيروگاه هاي پيشرفته آينده بازده بالاتر وآلايندگي بسيار كمتري خواهند داشت، آنقدر كم كه برخي آنها را نيروگاه هاي با «خروجي آلاينده نزديك به صفر مي دانند». 
نيروگاه هاي آينده نه تنها با انواع كنوني تفاوت خواهند داشت كه ابزار طراحي آنها نيز بسيار متفاوت خواهند بود. براي كاهش هزينه وكوتاه كردن زمان اجراي طرح هاي نيروگاه هاي آينده، وزارت انرژي، مهندسي مجازي را به عنوان يك فناوري توانمند به كار مي گيرد. اين فناوري، مهندسان آينده را قادر خواهد ساخت كه ايده هاي بيشتري را كه تا پيش از اين با روش هاي سنتي مدت ها به طول مي انجاميد، سريع تر آزمايش كنند. نه تنها در زمينه ساخت نيروگاه هاي جديد كه دربسياري زمينه هاي ديگر مهندسي نيز، مي توان از اين فناوري سود جست. 
طرح هاي جديد براي مجتمع هاي نيروگاهي مي بايد به طورسنتي در انواع مقياس ها ساخته مي شدند تا امكان آزمايش روي آنها فراهم مي شد. اين فرآيند نيازمند صرف هزينه و زمان بسياري است. اين روش، محدوديت هاي عملي و اجرايي فراروي ايده هاي خلاقانه و نوگرا مي گذارد. هدف سيستم مهندسي مجازي اين است كه به طراحان نسل بعد نيروگاه ها اجازه دهد فناوري هاي روز آمد را آزمايش كنند و توسعه دهند. نيروگاه هايي مانند نيروگاه هايي مانند نيروگاهاي هواپاك، شكاركننده كربن و نيروگاه هاي استخراج هيدروژن از زغال سنگ، پيش از اجرا مي توانند طراحي و آزمايش شوند. وزارت انرژي درنظر دارد با كاهش دوره طراحي و افزايش سرعت ساخت نيروگاه ها و به بهره برداري رساندن آنها، هرچه سريع تر نسل جديد نيروگاه ها را بسازد. اين سامانه را پژوهشگران آزمايشگاه مليAmes در دانشگاه ايالتي آيوا، دانشگاه كارنگي ملون و شركاي صنعتي پروژه از جملهReaction Engineering Int, Fluent Inc توليدكرده اند. 
پژوهشگران در مركز كاربري حقيقت مجازي در دانشگاه آيوا مدل هاي محاسباتي را با مشاهده چشمي و ابزار مجازي با قابليت بر هم كنشي همراه مي سازند تا امكان تحقيق و اعمال تغييرات هم زمان روي طرح هاي پيشنهادي وجود داشته باشد. اين ابزار مهندسان را قادر مي سازد كه سامانه ها و اجزاي آنها را درفضاي مجازي طراحي كنند، تغييردهند و عيب يابي كنند، درست مانند هنگامي كه با اجزاي واقعي كار مي كنند. اجزاي جديدي در نيروگاه ها قرارداده خواهند شد و كارآيي آنها آزمايش خواهد شد، بدون اين كه به ساخت مدل هاي فيزيكي نياز باشد. اجزاي سامانه در زمان(real time) بدون اين كه نيازي به مدل سازي و آناليز دوباره مدل ها باشد، قابل اصلاح و بهينه سازي هستند. 
طراح يكVisual Interface دراختيار خواهد داشت كه همانند يك نيروگاه حقيقي براي استفاده بهينه مهندسان ساخته شده و مزيت هايي به آن افزوده شده است. ابعاد نيروگاه مجازي مدل سازي شده را مي توان دراندازه هاي گوناگون تنظيم كرد. مهندس طراح قادر خواهد بود درنيروگاه مجازي قدم بزند، كاركرد آن را تماشا كند، به درون فيلترهاي تميزكننده گام بگذارد، يا بر تكه اي زغال سوار شود و مسير آن را درون نيروگاه بپيمايد. 
اين ابزار زمان توليد را پايين مي آورند و طراحي مهندسي و كيفيت توليدات را بهبود مي بخشند. هسته دست يابي به اين مزيت ها افزودن شبيه سازي محاسباتي عددي با درنظرگرفتن تمام جزئيات Numerical Simulations و در دسترس بودن اجزاي طراحي شده در طرح مجازي است. 
نرم افزار به گروه مهندسي اجازه مي دهد كه شكل، اندازه، شرايط كاري و ديگر ويژگي هاي تجهيزات موجود دريك نيروگاه را تغيير دهند و اثر اين تعميرات را برعملكرد نيروگاه را مشاهده و بررسي كنند. براي مثال، اگر مهندسي بخواهد ويژگي هاي عملكردي يك كوره زغال سنگ سوز را با تنظيم پارامترهاي نازل(قطر، زاويه، طول و...)تغيير دهد، مي تواند با اعمال اين تغييرات برنحوه تزريق دوغاب اكسيژن و زغال سنگ بدون كوره اثر بگذارد، آنگاه سامانه مهندسي مجازي تعيين خواهد كرد كه اين تغيير چه اثري بر تركيبات گازمصنوعي توليد شده درنيروگاه خواهد گذارد، درضمن محاسبه هم زمان بازده و هزينه نيز، شدني است. تقريباً تمام زاويه هاي شبيه سازي(Simulation) نيروگاه، به لحاظ طراحي، ساخت و يا نگهداري را پوشش مي دهد. شبيه سازهاي نفتي، فرآينديoff-line محسوب مي شوند و محاسبات و آناليز داده ها درآنها پيش تر انجام شده است. زمان تكرار هرآزمايش مجازي مي تواند از يك روز تا چند هفته به طول بينجامد. برپايه تصميم گيري مهندسي و نتايج شبيه سازي هاي پيشين، فرآيند آماده سازي يك نرم افزار شبيه سازي با اعمال تغييرات كوتاه مدت، زمان بسياري به درازا خواهد كشيد. سپس نتايج مدل هاي محاسباتي دراختيار ساير مهندسان،گروه طراحي و مديريت قرار مي گيرد. حتي اگر ابزارهاي آناليز سه بعدي به كار گرفته شوند، باز هم حضور گروه طراحي در فرآيند ناپيوسته خواهد بود، زيرا آنها تنها هنگامي مي توانند فعالانه درفرآيند طراحي شركت كنند كه نتايج محاسبات تكميل، بازبيني و تصحيح شده باشند. 
به دليل اين كه اين فرآيند ذاتاً زمانبر است، محاسبات سيالاتي و انتقال حرارتي معمولاً نزديك به زمان پايان فرآيند طراحي استفاده مي شوند تا ديدگاه بهتري به طراحان بدهند، حال آن كه اين محاسبات خود مي توانند مبناي طرح هاي جديد قرار گيرند. به دليل اين كه تغييرات بنيادين به هنگام انجام فرآيند طراحي پرهزينه اند، تأثير مدل سازي تحليلي محاسباتي برجزئيات طرح نهايي اندك است؛ از اين رو روند سنتي، توان طراحي on-line را ندارد. طراحي برهم كنشي (Collaboratire) كه درآن مهندس، روند پويايي را براي طراحي درپيش مي گيرد، نيازمند كسب درك آني از عملكرد طبيعي كار نيروگاه است. روند قديمي همچنين اجازه كاوش درباره پرسش هاي مهندسان، طراحان و مديران را نمي دهد. اين شيوه كار تعداد راه حل هاي فراروي گروه هاي طراحي را محدود و خلاقيت در روند طراحي را ضعيف مي كند. پرسش هايي همچون «چه مي شد اگر» كه از اركان اساسي طراحي است، زياد پرسيده نمي شود. 
مهندسي مجازي با آفريدن فضاي كاري مجازي و ارتقاي بسياري از فناوري هاي محاسباتي پيچيده همچون مهندسي و طراحي به كمك رايانه(CAD)، ديناميك تحليلي سيالات، آناليز المان محدود، محاسبات پرسرعت، كنترل فرآيند هوشمند، مديريت اطلاعات و تجهيزات واقعيت مجازي پيشرفته، راهي براي چيرگي بر مشکلات طراحي مي جويد. اين محيط کار مهندسي تمام فعاليت هاي نيروگاهي، نتايج تحليلي، مدل هاي اقتصادي و هر گونه اطلاعات کيفيتي و کميتي را که براي فرآيند طراحي مهندسي لازم است، در بر مي گيرد. 
اين محدوده وسيع از اطلاعات و توانمندي ها، تمام متوليان را قادر مي سازد که به طور کامل و با فهم عميق تر و دقيق تر، تحليل ها و نتايج را بررسي و بيشترين بهره را از همين نتايج برداشت کنند و راهکارهاي مهندسي نوآورانه تري را به بوته آزمايش بگذارند. 
تکنيک هاي مهندسي مجازي نيازمند گردآوري اطلاعات از منابعي گوناگون است که تمام مراحل تولد تا مرگ يک نيروگاه را بررسي مي كنند و از آن پس، قضاوت مهندسي و تجربه را با هم در مي آميزند تا اطلاعات خام را به دانشي کاربردي تبديل كنند. اطلاعات اگر به گونه اي مؤثر به بشر عرضه شوند، امکان تحليل الگوهاي پيچيده، ساخت فرصت هاي نو و آناليز فرآيندهاي جانشين را در اختيار او مي گذارند. با عجين ساختن برنامه هاي شبيه سازي، نقشه هاي با اندازه هاي دقيق و محصولات بينايي مجازي با دقت بالا مي توان بازرسي شبيه به بازرسي با حضور فيزيکي در محل را شبيه سازي کرد. در چنين محيطي، افرادي با رشته هاي تحصيلي متفاوت اما با هدفي مشترک، امکان همکاري دو جانبه دارند. اين همکاري منشأ فرصت هاي بي نظيري براي بهينه سازي طرح، رويارويي با موارد پيش بيني نشده و ارتقاي توانمندي حل مسائل خواهد بود. 
براي همراه ساختن تمام اين بخش ها در يک محيط آشنا و طبيعي، نياز به نرم افزاري بسيار توانمند است. گروه پژوهشي مهندسي مجازي دانشگاه ايالتي آيوا، اين نرم افزار را ساخته است. ابزار مهندسي مجازي آن کيت VE-Suite است که از سه موتور نرم افزاري اصلي VE-Xplore، VE-CE و VE-Conductor تشکيل شده است که وظيفه انتقال داده ها از مهندسي طراح به اجزاي مجازي را برعهده دارند. 
VE-CE وظيفه سينکرونيزه کردن داده ها در ميان تحليل هاي متفاوت، مدل هاي فرآيندها و موتور نرم افزار را برعهده دارد. VE-Xplore محيط تصميم گيري است و به مهندس طراح اجازه مي دهد که با مدل هاي تجهيزات در يک محيط مجازي کار کند. VE-Conductor سازكار کنترلي مهندسي براي کنترل مدل ها و ديگر اطلاعات خواهد بود. با يک استاندارد Open-Source، VE-Open به نرم افزار VE-Suite اين امکان داده مي شود که مهندس طراح و ديگر متوليان به تمام اطلاعات نيروگاه مجازي دسترسي داشته باشند. هدف اصلي از به کارگيري VE-Suite توانمند کردن کاربران براي به کارگيري اجزاي (نيروگاه) و مدل هاي گرافيکي دوبعدي و سه بعدي آنها براي طراحي قطعات و اجزاي جديد در نيروگاه است. 
محاسباتي که مي بايد به دقت در طراحي نيروگاه ها به کار گرفته شوند، مربوط به جريان سيال، انتقال جرم، حرارت و واکنش هاي شيميايي اثرگذار بر عملکرد نيروگاه هستند؛ از اين رو مي توان اميدوار بود که نيروگاه هايي با خروجي گازهاي آلاينده نزديک به صفر، درآينده اي نزديک توليد شوند. 
منبع: مارك برايدين و داگ مك كوركل، www.memagazine.com