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 

مايعات خنك كننده موتور خودرو

موتور های دورانی چگونه کار می کنند؟