בואינג בונה סימולציות ב- ®COMSOL Multiphysics של התפשטות חום בתרכובות בעלות רדיד מתכת מורחב עבור הגנה מפני ברקים בכלי טיס | Numerical
בואינג בונה סימולציות ב- ®COMSOL Multiphysics של התפשטות חום בתרכובות בעלות רדיד מתכת מורחב עבור הגנה מפני ברקים בכלי טיס:
מטוס הבואינג 787 דרימליינר הינו חדשני בכך שיותר מ- 50% ממנו עשויים פלסטיק מחוזק שעשוי סיבי פחמן (פמס”פ), בשל משקלו הקל של החומר הזה וחוזקו יוצא הדופן. על אף שלתרכובות פמס”פ יש יתרונות רבים, הם לא מסוגלים למתן את הנזק הפוטנציאלי מהאפקטים האלקטרומגנטיים שנוצרים בעת פגיעת ברק במטוס. כדי לפתור בעיה זו, רדיד מתכת מורחב (רמ”מ) מוליך חשמל יכול להתווסף לתרכובת על מנת לפזר במהירות חום וזרמים וכך להגן על הפמס”פ של כלי טיס בפגיעות ברקים.
מהנדסים במעבדות המחקר והטכנולוגיה של בואינג משתמשים בסימולציה מולטיפיזיקלית ובמדידות פיזיקליות על מנת לחקור את ההשפעה שיש לפרמטרי רמ”מ על לחצים תרמיים ותזוזות בכל אחת משכבות מבנה התרכובת. לחץ מצטבר בשכבת ההגנה של מבנה התרכובת כתוצאה ממחזוריות תרמית בשל מחזור התעופה בעל סגנון “מקרקע לאוויר”. במהלך הזמן השכבה עלולה להיסדק, מה שמאפשר את הכניסה של לחות וזנים סביבתיים אשר יוצרים קורוזיה ברמ”מ, ובשל כך מפחיתים את המוליכות החשמלית שלו ויכולתו לבצע את פונקצית ההגנה. מטרת המחקר הינה לשפר את היציבות התרמית הכללית במבנה התרכובת וכך להפחית את הסכנות ואת עלויות התחזוקה שנקשרים עם נזקים בשכבת ההגנה.
סימולציות התפשטות חום בתרכובות כלי טיס
תרשים ההגנה נבנה בתוכנת ®COMSOL Multiphysics ובו שכבות אשר כל אחת כוללת פרמטרים שתורמים לצמיחת הלחץ המכני בשכבת ההגנה על פני הזמן בשל היותם כפופים למחזוריות תרמית. הגיאומטריה שנעשה בה שימוש בתרשים נלקחה ממודל מקדם התפשטות החום שפותח ב- ®COMSOL Multiphysics ע”י צוות החוקרים, במטרה להעריך את הלחץ התרמי והתזוזה בכל שכבה, בדוגמא מרובעת בגודל 1 אינץ’ של מבנה התרכובת.
במחקר זה, גובה הרמ”מ, עובי קווי הרשת, יחס הכיוון, ההרכב המתכתי ומבנה השטח – השתנו מספר פעמים על מנת להעריך את השפעתם על ביצועים תרמיים לאורך המבנה כולו. הרכבו המתכתי של הרמ”מ היה אלומיניום או נחושת, כאשר רדיד אלומיניום מצריך פיברגלס נוסף בין הרמ”מ והתרכובת כדי למנוע קורוזיה מגולוונת.
מאפייני החומר בכל שכבה כוללים את מקדם התפשטות החום, נפח החום, צפיפות, מוליכות תרמית, מודול האלסטיות, ומקדם פואסון. אלו נוספו למודל שנבנה ב- ®COMSOL כערכים מוגדרים אישית. מקדם התפשטות החום של שכבת הצבע מוגדר ע”י פונקציה שמייצגת את השינוי הפתאומי בהתפשטות החום בטמפרטורת מעבר הזכוכית של החומר.
במודל מקדם התפשטות החום, ממשק הלחץ התרמי המולטיפיזיקלי מצמד מכניקת מוצקים עם מעבר חום על מנת לסמלץ התפשטות חום ולפתור עבור התזוזה לאורך המבנה. הסימולציות הוגבלו לחימום של מבנה התרכובת כפי שנצפה בעבר בכלי טיס בהם טמפרטורות סופיות והתחלתיות הוגדרו במודל לייצג את טמפרטורות הקרקע והגובה בהתאמה.