Υποσύστημα Structural

Η υποομάδα του Structural είναι υπεύθυνη, μαζί με τη υποομάδα του Aerodynamic Design (Aerodynamics) για την σχεδίαση του αεροχήματος. Στις αρμοδιότητές της ανήκουν επίσης, η επιλογή των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του αεροχήματος, καθώς και η επιλογή των κατάλληλων μεθόδων κατασκευής. Ακολουθούν η μελέτη για την συναρμογή των κομματιών που αποτελούν το αερόχημα και η κατασκευή του.

Αναλυτικά, το 2020 το Structural ξεκίνησε την σχεδίαση του αεροχήματος Anemone, η οποία έγινε σταδιακά. Στο πρώτο στάδιο, που ονομάζεται conceptual design, η υποομάδα έχει ως βασική αρμοδιότητά τον πρώιμο υπολογισμό (κατά προσέγγιση) της συνολικής μάζας απογείωσης του αεροχήματος (Wo) και τον υπολογισμό του λογού μάζας της τελικής κατασκευής (We/Wo), όπου We είναι η μάζα του αεροχήματος χωρίς το Payload στην περίπτωση της σχεδίασης UAV τροφοδοτούμενα με μπαταρία. Η προσέγγιση των δυο αυτών στοιχείων είναι πολύ σημαντική για τον αεροδυναμικό σχεδιασμό που ακολουθεί και γίνεται μέσω υπολογιστικών εργαλείων σε μορφή κώδικα.

Κατά την έναρξη της σχεδίασης, η υποομάδα του Aerodynamics Design έχει ως αρμοδιότητα την επιλογή και υπολογισμό βασικών γεωμετριών του αεροσκάφους. Έπειτα, παραλαμβάνοντας τα αποτελέσματα που θα προκύψουν, το structural υπολογίζει με καλύτερη μέθοδο το αρχικό βάρος και πραγματοποιείται μια πρώτη εκτίμηση του κέντρου βάρους. Ακολουθεί έντονη συνεργασία μεταξύ των δύο υποομάδων που εμπλέκονται στον σχεδιασμό κατά την οποία γίνεται βελτιστοποίηση των βασικών διαστάσεων, του βάρους (We) και του κέντρου βάρους (CG) του αεροχήματος. Τα υπολογιστικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται στο πρώτο και δεύτερο στάδιο του σχεδιασμού είναι γραμμένα σε μορφή κώδικα MATLAB από μέλη της ομάδας.

Στη συνέχεια, έχοντας καταλήξει σε κάποιες βελτιωμένες βασικές διαστάσεις, σειρά έχει ο σχεδιασμός της ατράκτου του αεροχήματος, αρχικά σε «back of a napkin sketch» και στην συνέχεια σε πρόγραμμα CAD (SolidWorks). Η Anemone θα είναι το πρώτο αερόχημα του Aeronautics project που δεν θα έχει σωληνοειδή άτρακτο. Συγκεκριμένα, το σχήμα της ατράκτου «παράγεται» από αεροτομές με απώτερο σκοπό να μην επηρεάζεται πολύ η κατανομή της δυναμικής άνωσης (Lift) κάτω από την πτέρυγα.

Επόμενο στάδιο είναι αυτό της σχεδίασης, της διαστασιολόγησης και της επιλογής των υλικών για το σύστημα προσγείωσης. Στην συνέχεια, η υποομάδα ασχολείται με την σχεδίαση ολοκλήρου του αεροχήματος με προγράμματα CAD σε επίπεδο Conceptual design, δίνοντας μια πρώτη οπτικοποιημένη μορφή της τελικής γεωμετρίας.

Σε μετέπειτα στάδιο το Structural έχει προχωρήσει στην επιλογή των υλικών από τα οποία θα κατασκευαστεί το αερόχημα τα οποία είναι κυρίως σύνθετα (composite materials). Ένα παράδειγμα, είναι τα υλικά που αποτελούν την κύρια πτέρυγα. Θα αποτελείται από μια εξωτερική επιφάνεια από ανθρακονήματα εμποτισμένα με εποξική ρητίνη και 2 carbon fiber tube spars στο εσωτερικό, τα οποία βρίσκονται για να παραλαμβάνουν τις τάσεις που εμφανίζονται στην πτέρυγα κατά την πτήση. Τα spars θα είναι στερεωμένα στο εσωτερικό της πτέρυγας με εξηλασμένη πολυστερίνη (XPS). Παράλληλα με την επιλογή των υλικών η υποομάδα ασχολείται με τις μεθόδους κατασκευής των επιμέρους κομματιών που αποτελούν το αερόχημα. Στόχος είναι η εύρεση της καλύτερης μεθόδου όσον αφορά το κόστος, την ανθεκτικότητα, την ακρίβεια και τον χρόνο κατασκευής. Τα υλικά και η μέθοδος κατασκευής επηρεάζουν πάρα πολύ την απόδοση του αεροχήματος και γι’ αυτό η υποομάδα διεξάγει μελέτη στην συμπεριφορά ανισότροπων υλικών κατά την καταπόνηση τους σε διάφορες διευθύνσεις μέσω βιβλιογραφίας.

Τα επόμενα στάδια σχεδίασης ονομάζονται Preliminary και Detailed design, σε αυτά τα στάδια το Structural καλείται να αντιμετωπίσει προβλήματα όπως την εύρεση της ακριβούς μάζας και θέσης του κέντρου βάρους του αεροχήματος, αλλά και την βελτιστοποίηση αυτών έτσι ώστε να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις των αεροδυναμικών αλλά και της αποστολής με έναν ικανοποιητικό συντελεστή ασφάλειας. Παράλληλα, η υποομάδα αντιμετωπίζει προβλήματα στην συναρμογή, όπως την συνδεσμολογία επιφανειών ελέγχου ή την συνδεσμολογία της κυρίας πτέρυγας με την άτρακτο. Σε αυτά τα στάδια σχεδίασης καθίσταται μια διαρκής μετάδοση πληροφοριών και συνεννόηση μεταξύ τριών υποομάδων του project (Structural, Aerodynamics και Avionics) έτσι ώστε να καταλήγουμε πάντοτε στο βέλτιστο αποτέλεσμα. Στο πέρας του Detailed design, η υποομάδα έχει τελειώσει την λεπτομερή σχεδίαση σε CAD και η τελευταία της αρμοδιότητα είναι η επίβλεψη και συμμετοχή στην κατασκευή του αεροχήματος, όπως συμβαίνει αυτό τον καιρό.

Κατηγορίες: Aeronautics