تحلیل کاهش ارتعاشات آداپتور حامل به ماهواره با استفاده از پیزو الکتریک ها

بارهای محموله (مانند ماهواره ها) در طول فاز پرتاب تحت بارهای ارتعاشی شدیدی که عموماً ناشی از احتراق موتورها،تحریکات آکوستیک ،نوسان فشار در موتورها، شوک ناشی از جدایش و غیره می باشند قرار می گیرند. این بارهای دینامیکی از طریق سازه ای که آداپتور نام دارد به بار محموله منتقل شده و می توانند باعث تخریب یا عدم عملکرد صحیح اجزاء حساس بکاررفته در بار محموله و در نهایت ایجاد اختلال در ماموریت تعریف شده برای بارمحموله گردند.امروزه برای کاهش ارتعاشات و بارهای دینامیکی وارد بر بار محموله از انواع روش های فعال و غیرفعال که میتوان آنها بصورت زیر تقسیم بندی نمود استفاده می گردد: - کاهش بارهای دینامیکی در منبع تولید - افزایش فرکانس با افزایش سختی مواد - واردکردن کاهندههای ارتعاش در سازه(موثر برای تحریکات هارمونیک) - استفاده از جاذب های دینامیکی(موثر برای فرکانس های کوچک) ازطرفی براساس مرجع می توان گفت که برای تقلیل ارتعاشات طولی یک سازه روش کنترل غیرفعال روش مناسبی است. لذا در این تحقیق برای کاهش بارهای ارتعاشی فرکانس متوسط(100hz-1000hz) هارمونیک وارد بر آداپتور و بارمحموله، هریک از عملگرهای فولادی بکاررفته در سازه آداپتور با عملگرهای پیزوالکتریک بصورت غیرفعال (شرایط مرزی ثابت) تقویت شده اند تا اثر حضور این عملگرها در کاهش این ارتعاشات مورد بررسی قرارگیرد. یک عملگرتوده ای پیزوالکتریک یک ساختار سرامیکی چندلایه است که با اعمال ولتاژی کوچک به دوسر الکترودهای آن ،جابجایی اندک و نیروی بزرگی بدست آورد.نیرویی که از طرف عملگرهای توده ای پیزوالکتریک به سازه مبنا وارد می گردد،بسیار بزرگتر از نیروی ایجاد شده توسط انواع دیگر عملگرهای هوشمند است.این مزیت موجب شده تا این عملگرهاانتخاب مناسبی برای کاهش ارتعاشات سازه ها قرارگیرند.سازه ی آداپتور موردنظر شامل 8پایه ی فولادی توخالی است که توسط دو حلقه ی صلب به یکدیگر متصل شده اند و بار محموله بر حلقه ی فوقانی نصب می گردد.عملگرهای پیزوالکتریک از نوع pzt-4 در هریک از عملگرهای فولادی جایگذاری شده و به دوسر هریک ازآن ها اختلاف پتانسیل ثابتی اعمال می گردد.تمامی این اجزا در نرم افزار المان محدود abaqus مدلسازی شده و ویژگی های موادو شرایط محیط پرتاب شبیه سازی شده اند. از آنجاییکه شتاب پارامتری متداول در صنعت برای بیان حرکت یک سیستم است و تحریک پایه ی آداپتور نیز بصورت جابجایی اعمال شده است ، نتایج بصورت نمودارهای جابجایی و شتاب برای حالات مختلف ارائه شده اند سپس با مدلسازی ریاضی سازه با استفاده از اصل همیلتون در ارتعاشات و استخراج معادلات دینامیکی نتایج معتبر می گردند. در طراحی سیستم های ایزوله کننده بار محموله، سختی و قابلیت میراکنندگی مواد و مکانیزم های مورد استفاده اهمیت بسیار دارد ، و آنچه در این میان از اهمیت ویژه ای برخوردار است این است که سازه طراحی شده برای ایزوله کردن بارمحموله تاثیری در طراحی حامل نداشته باشد. با استفاده از این نوع عملگرها ، همانگونه که در نمودارهایی قابل مشاهده است، بدون آنکه به طراحی حامل یا بار محموله خللی وارد شود، می توانیم دامنه ارتعاشاتی که می توانند در عملکرد بارمحموله اختلال ایجاد نمایند را تا حد مطلوبی کاهش دهیم. بعلاوه نتایج زیر با توجه به نمودارها قابل ذکر اند: - با افزایش اندازه این عملگرها ، میتوان ارتعاشات را بیشتر کنترل و میرا نمود.(البته تا حدی که توجیه اقتصادی داشته باشد.) - اگر عملگرهای پیزو در قسمت فوقانی سازه تعبیه شوند نتایج بهتری بدست می دهند. - با افزایش ولتاژاعمالی به عملگرهای پیزوالکتریک، میرایی افزایش می یابد.(البته با افزایش بیش از اندازه ولتاژ،میدان مغناطیسی ایجاد شده میتواند اثرات مخربی ایجاد نماید