AME 13

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 24 20-22 ตลาคม 2553 จงหวดอบลราชธาน

การพฒนาและสรางขาลอหลกแบบชดขาสามลอชนด Solid Spring ของอากาศยานเบา Development and Manufacture of Solid Spring Type of Main Tricycle Landing Gear

for Light Aircraft

สมศกด ศรภกด 1,*, สมชาย หาญกลา2 และ ณฐพล นยมไทย2

1 ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร จตจกร กรงเทพฯ 10900 2 กองวชาวศวกรรมอากาศยานและเทคโนโลยการบน โรงเรยนนายเรออากาศ สายไหม กรงเทพฯ 10220

* ตดตอ: E-mail: somsakme7@yahoo.com , โทรศพท: 089 054 8688, โทรสาร: 038 173 022

บทคดยอ

งานวจยนเปนสวนหนงของงานวจยดานอากาศยาน ซงมงเนนการพฒนาและการสรางขาลอหลก (Main Landing Gear) แบบชดขาสามลอ ชนด Solid Spring ของอากาศยานเบา (Light Aircraft) เพอน าองคความรไปใชในการสรางอากาศยานและการพฒนาประเทศ โดยในการวจยไดก าหนดใหขาลอมวสดเปนวสดผสม (Composite Material) เรมจากการค านวณภารกรรมทกระท ากบขาลอ จากน าหนกของอากาศยาน จากนนก าหนดภารกรรมทค านวณได คณสมบตของวสดผสม รปทรงเรมตนของขาลอ เงอนไขขอบเขต และเงอนไขเรมตน ในโปรแกรม ไพธอน และสงขอมลเพอไปค านวณในโปรแกรมส าเรจรป ดานไฟไนตเอลเมนต (Finite Element) โดยโปรแกรมจะค านวณระยะการเคลอนตวของขาลอ ทต าแหนงทพจารณา ซงไดจากการเปรยบเทยบรปทรงทไดจากการค านวณกบรปทรงทผใชก าหนด โปรแกรมจะท าการตรวจสอบคาความแตกตางของรปทรง ถาความแตกตางของรปทรงมคามากกวาขอบเขตทก าหนด โปรแกรมจะท าการค านวณรปทรงใหม และน าคาทไดมาเปรยบเทยบอกครง โปรแกรมจะท างานเปนวงรอบจนกระทงคาความแตกตางอยในขอบเขตทก าหนด ดงนนจะไดรปทรงทเหมาะสมส าหรบการผลตขาลอตามความตองการของผใช ซงผลลพธทไดมความสอดคลองกบงานวจยอากาศยานไรนกบนในสวนทโรงเรยนนายเรออากาศรบผดชอบ ค ำหลก: ขาลอหลก, อากาศยานเบา, วสดผสม, ไฟไนตเอลเมนต, โปรแกรมไพธอน Abstract

This study is a part of the aeronautical research aiming at designing and developing the main landing gear of a light aircraft with a tricycle solid spring landing gear configuration. The knowledge gained from this study would facilitate the development and progress of aerospace industry in Thailand. In this study, the material of the aircraft landing gear was determined as composite material. The aircraft load acting on the landing gear was first calculated from the take of weight of the aircraft. Then, the specified characteristics associated with the aircraft landing gear, which included material properties, geometry, boundary condition, and initial conditions as well as the calculated load were used to create a Python script. Next, the script was evaluated using a finite element analysis program to calculate and

AME 13

compare the geometry displacements from the initial geometry at particular reference points. The program also evaluated the differences between the calculated and initial geometry. If the differences were higher than the boundary condition, the program would calculate and compare the geometry displacements again. This process was reiterated until the differences satisfied the specified boundary condition. As a result, the landing gear geometry matched with the initially specified geometry and suitable for manufacturing was obtained. The results in this study were in accordance with the previous research on an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) by the Royal Thai Air Force Academy (RTAFA). Keywords: Main Landing Gear, Light Aircraft, Solid Spring, Composite Material, Finite Element, Python Script.

1. บทน า

จากงานวจยอากาศยานไรนกบนตามรปท 1 ในสวนของโครงสรางอากาศยาน พบปญหาในสวนของขาลอหลกทผผลต ท าการผลตชนสวนแลวคณสมบตการใชงานไมไดตามทผออกแบบไดก าหนดไว ผวจ ยจงมความสนใจในการทจะหาวธ ทจะท านายคณสมบตความแขงแรงของขาลอเมอรบภารกรรม และรปทรงทเปลยนไป เพอทจะหาขนาด และรปทรงทเหมาะสมส าหรบการผลต จากเอกสารอางอง[1] ไดมวเคราะหโครงสรางดวยโปรแกรมส ารจรป ภารกรรมทใชในการวเคราะห Limit Loads จ าก FAR (Federal Aviation Regulations) ผว จยจงไดน าแนวทางนมา ประยกตใชส าหรบการวเคราะหโครงสรางของขาลอ เพอทจะท านายความสามารถในการรบภารกรรม ทเกดขนกบโครงสราง วาสามารถใชงานไดอยางปลอดภยหรอไม

รปท 1 ภาพแสดงอากาศยานไรนกบน จากเอกสารอางอง[2] ไดใชวธการเขยน Scripting เพอการวนรอบในการหาขนาดทเหมาะสม ในงานวจย

นจงไดน าการเขยนโปรแกรม (Scripting) เพอท าการตดตอประสาน (Interface) กบโปรแกรมส าเรจรปดานไฟในตเอลเมนต ดวยภาษาไพธอน ในการสงคาตวแปรเพอการค านวณและรบผลลพธจากการค านวณ แลวท าการวเคราะหความเสยหายทเกดขนกบชนงาน และปรบเปลยนคาตวแปร เพอปรบปรงความสามารถในการรบภารกรรมและรปทรง จนกระทงเหมาะสมกบความตองการของผออกแบบ ขอมลส าหรบการวเคราะหขาลอทใชในงานวจยน ได ใชขอมลจาก โค รงการวจยและพฒนาอากาศยานไร นกบน (Unmanned Aerial Vehicle Project) จากโรงเรยนนายเรออากาศ ซง เปนโครงการวจยรวมระหวาง สวพ.กห. และ สกว.

2. ทฤษฏทน ามาใช 2.1 การออกแบบขาลอของอากาศยาน

ในการออกแบบนน ตองการทราบระยะยบตวรวมของขาลอ (Total Stroke, S) ดงรปท 2 ซงประกอบดวย ระยะยบตวของขาลอ และระยะยบตวของยาง จากเอกสารอางอง[3-5] ตวคณเพอความปลอดภยของขาลอ Ground Reaction Load Factor จะอยในระหวาง 2 – 3.5 ส าหรบงานวจยนผวจ ยเลอกใชคา 3 ตาม Daniel P.Raymer[3] เพอความปลอดภย แตอยางไรกตาม ในขอก าหนดของ FAR 23.473(g) (Federal Aviation Regulations, Part 23, ขอ 473g) ไดก าหนดตวคณเพอความปลอดภยไว ซงเปนคาต าสดทยอมได ส าหรบใชในการออกแบบจดรองรบ และโครงสรางขาลอ ดงน

AME 13

Minimum Inertia Load Factor Minimum Ground Reaction Load Factor

รปท 2 ภาพแสดงการยบตวของขาลอ[5] สมการหาระยะยบตวของขาลอ[4] คอ

(1)

เมอ Tire efficiency Shock absorber efficiency Tire deflection (ft) Shock absorber stroke (ft) Wing Area ( ) น าหนกสงสดของอากาศยาน (lb) จากรปท 3 จะแสดงภารกรรมทกระท ากบลอแบบสถตย(Static) จากเอกสารอางอง[3] ซงจะไดภารกรรมทกระท ากบขาลอทจะใชส าหรบการออกแบบขาลอส าหรบงานวจยน และมความสมพนธดงสมการท (2) ถง (5)

(2)

(3)

(4)

(5)

Nf

Na

Mf

Ma

B

H

FWD c.g. AFT c.g.

Nose Gear Main Gear

W

รปท 3 ภาพแสดงภารกรรมทกระท ากบลอ[3,5]

2.2 วสดผสม วสดผสมทใชส าหรบงานวจยนจะใชวสดประเภท E-Glass/Epoxy, Unidirectional (UD) เนองจากเคยมก า รน า มา ผ ลต ใ ช ใ น อา ก าศ ย านม าแล ว จ า กเอกสารอางอง[4] และภารกรรมหลกทกระท ากบขาลอจะเปนการดดขาลอใหโคงดงรปท 2 ซงวสดแบบ UD รบแรงดดไดด การวางเรยงเสนใยจะเปนแบบ Symmetric Balanced Laminates เพอปองกนผลจาก Bend – Twist Coupling จากเอกสารอางอง[9] ซงจะท าใหชนงานเกดการบดตวไปดวยขณะเกดการดด จากเอกสารอางอง [6] จะไดความสมพนธของคณสมบตตางๆ ของวสดผสมดงน คอ Stress – Strain relation of a single orthotropic lamina (Unidirectional (UD)) เมอ คอ reduced stiffnesses ของวสดผสม (6)

รปท 4 ล าดบการประกอบกนขนและประเภทของการ วเคราะหส าหรบวสดผสม[6]

AME 13

ส าหรบโครงสรางของฐานลอทสรางจากวสดผสม จะเกดจากการน าเสนใย(Fiber) กบน ายาเรซน(Matrix) ประเภท Epoxy รวมกนเปนชนเรยกวา Lamina แลวมาเรยงซอนกนจนไดความหนาทตองการเรยกวา Laminate ดงรปท 4 ดวยเหตผลน เองท าใหความแขงแรงของ Laminate จะเกดจากผลรวมของคณสมบตในแตละชนรวมกน ตามสามการท (7) ถง (12) จากเอกสารอางอง[6] เมอ k คอชนใดๆ ของวสดทมระยะจากระนาบอางองถงผวบนและผวลางของชนเทากบ และ ตามล าดบดงรปท 5 จะไดวา

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

รปท 5 ภาพแสดงแตละชนของวสดผสมและ แกนอางอง[6]

เมอ z = Through-the-thickness coordinate of a point in the cross section t = Layer thickness

= Normal forces per unit length

= Shear forces per unit length

= Bending moments per unit length

= Twisting moments per unit length = Laminate extensional stiffnesses = Laminate coupling stiffnesses = Laminate bending stiffnesses จากคณสมบต Symmetric ของวสดทเลอกใชส าหรบงานวจยน ท าให และทศทางของเสนใย ตามแนวยาวของขาลอท าให transformed reduced stiffness

ดงนน Stiffness ของโครงสรางจงขนอยกบจ านวนชนของวสด k ทมความหนา (t) และความเคน ความเครยดในเนอวสด จะเปลยนแปลงตามความกวางของขาลอ (b) ทจะท าให แรง (N) และโมเมนต (M) ต อ ห น วยคว ามย าวทก ร ะ ท าต อ เ น อ วส ดเปลยนแปลง จากเอกสารอางอง[7] ดงรปท 6

รปท 6 ภาพแสดงแรงและโมเมนตทกระท าตอ เอลเมนตทมความหนาชนเดยว[6] ถ าก าหนด ใหขาลอมพ นทห น าตด เ ปน ร ปสเหลยมผนผาขนาด b x t จากสมการท (11) และ (12) จะเหนไดวา ความเคน และความเครยด

จะคงทเมอวสดรบแรงในแนวแกน หรอมคาเพมขนจากระนาบอางองเมอรบโมเมนตเปนระยะ z ในกรณ Symmetric คอ กงกลางของ Laminate และมคาไดมากสดทผวนอกของ Laminate จากเอกสารอางอง[8] ดงนนในกรณศกษาน การท านายความเสยหาย จง

AME 13

สามารถน าคาความเคนทผวนอกของ Laminate ไปใชในการท านายความเสยหายทเกดขน ในเนอวสดเมอรบภารกรรมได โดยผว จยไดเลอกใชทฤษฎความเสยหายของ Tsai-Hill มความสมพนธตามสมการ ท (13) 2.3 Model and Geometry เงอนไขขอบเขตและเอลเมนต ทใชส าหรบงานวจยจากรปท 7 แสดงลกษณะของขาลอหลกแบบ Solid spring ทใชในอากาศยานไรนกบน ทจะใชศกษาส าหรบงานวจยน รปทรงแบบนจะเปนชนเดยวกนทงขาลอท าใหตดตงงาย ท าการตรวจเชคและซอมบ ารงไดงายกวา และเนองจากการตดตงสวนใหญจะตดตงนอกล าตวของอากาศยาน ท าใหไมกดขวางพนทใชสอยภายในล าตวของอากาศยาน

0.5P0.5P

0.5P

Y

X

Shell ElementS4R

Sym

.

Static loads

Level landingcondition loads

Dr

Vr

P1=VrP2

=Dr

From FAR 23(Both wheel)

Vr = (n-0.667)WDr = 0.25nW

รปท 7 ภาพแสดงรปทรงขาลอ แบบจ าลองเงอนไข ขอบเขต และเอลเมนตทใชส าหรบงานวจย เน องจากลกษณะรปทรงของขาลอมความสมมาตร ดงนนในการวเคราะหโครงสรางดวยระเบยบวธไฟไนตเอลเมนต จะท าการวเคราะหเพยงครงเดยว เพอลดจ านวนเอลเมนต และเวลาในการค านวณของเครองคอมพวเตอรดวย ส าหรบงานวจยน จะใช เอลเมนตแบบ Shell Element ชนด S4R(A 4-node doubly curved thin or thick shell, reduced integration, hourglass control, finite membrane strains) เอลเมนตทใชมอตราสวนระหวางความหนากบความกวางของเอลเมนตมากกวา 1/20 จะเปน

thick shell เงอนไขขอบเขตแสดงดงรปท 7 จากความสมมาตรตรงระนาบกงกลางขาลอจะไมมการเคลอนทในแนวแกน X ส าหรบจดตอ(Node) บรเวณกงกลางขาลอ จดทแรงกระท ากบขาลอจะมสลกยดและมประกบหนบขาลอกบล าตวของอากาศยานไวท าใหไมเคลอนทในแนวแกน X เชนกนในจดตอบรเวณน ส าหรบจดตอดานปลายของขาลอจะเคลอนทไดเฉพาะในแนวแกน X และ Load ทกระท ากบขาลอหลก P จะคดเพยงครงเดยวของทงหมด ซงจะเปนจดเดยวกนกบต าแหนงยดขาลอตามทผออกแบบก าหนดให จากการวดเปรยบเทยบกบเกณฑมาตรฐาน (Benchmarks) กบ National Agency for Finite Element Methods and Standards (U.K.) (NAFEMS) ของโปรแกรมส าเรจรป Abaqus (Abaqus Benchmarks Manual) โดยการจ าลองการกดแบบสามจด โดยการก าหนดวสดผสมดวย เอลเมนตแบบตางๆ รวมทงแบบ S4R ทใชในงานวจยน ปรากฎวา เอลเมนตแบบ S4R มคาความแตกตางจาก NAFEMS คอ และกรณของ Large deformations and nonlinear geometric effects จะตองก าหนด NLGEOM=ON ในStep ของโปรแกรม Abaqus ดวย

3. การจ าลองดวยโปรแกรมคอมพวเตอร ขนตอนการวเคราะหโครงสรางดวยโปรแกรมส าเรจรปดานไฟไนตเอลเมนตมดงนคอ จากรปท 8 แสดงขนตอนการท างานของ Python script โดยเรมจาก การปอนขอมลของอากาศยานในโปรแกรมทเขยนขนจากผวจยโดยภาษาไพธอน แลวท าการอานโปรแกรมภาษาไพธอน โดยโปรแกรมส าเรจรปดานไฟในตเอลเมนต เมอโปรแกรมส าเรจรปท าการวเคราะหแบบจ าลอง (Model) ทไดจาก Script กจะไดผลของการวเคราะหในวงรอบแรก จากนนจะน าผลทไดมาวเคราะหเปรยบเทยบ กบคาความเสยหายของวสด และน าผลการเคลอนตวในแนวแกน Y มาเปรยบเทยบกบ ระยะยบตว ทก าหนดในเงอนไข คาเรมตนหากไมผานเงอนไขกรณใดกรณหนง หรอทงสองกรณกจะท าการ วนในวงรอบทสอง

AME 13

Input data, Customer requirementLoad, Geometry, Material property,

Stroke of solid spring, BCs

Cross section of strutThickness (t), Wide (b)

Failure analysis of level landing condition loads and displacement of strut

Fail and displacement >

stroke

Yes

Static loads

No

Shape optimization for manufacturing

IDeformed of Cm-CuI<1

Yes

No

Coordinate of strut for manufacturing

Thickness consideration

Shape coordinate for manufacturing consideration

รปท 8 แผนภมแสดงการเขยน Scripting Interface

ดวยภาษา PYTHON (Application

Programming Interface (API))

เมอท าการเปลยนความหนาของแบบจ าลอง แลวท าการเปรยบเทยบขอมลอกครงหนง ท าเชนนเปนวงรอบ จนกระทง ผลการเปรยบเทยบวสดไมเกดความเสยหาย และระยะการเคลอนตวของแบบจ าลองไมเกนระยะยบตวทก าหนด โดยทภารกรรมในการ

วเคราะห จะใชภารกรรมในกรณของการลงจอดทมคามากทสด เมอไดขนาดความหนาของขาลอทเหมาะสมแ ล ว ก จ ะ ท า ก า ร ห า ร ป ท ร ง เ พ อ ก า ร ผ ล ต (Configuration of manufacturing (Cm)) โดยจะเปลยนแรงกระท ากบขาลอ ในแบบจ าลองเปนแรงกระท าจาก Static loads และใชพกดรปทรงทตองการจากลกคา (Configuration of customer (Cu)) ท าการวเคราะหแบบจ าลองดวยโปรแกรมส าเรจรปอกครงหนง แลวน าผลการเคลอนตวของแบบจ าลอง ขณะรบภารกรรมแบบสถต เปรยบเทยบกบรปทรงทลกคาตองการ (Cu) น าคาความแตกตางทได ไปเพมถาพกดการเคลอนตวขณะรบภารกรรมนอยกวาพกดเรมตนในจดเดยวกนหรอลดคาจากพกดรปทรงกรณพกดการเคลอนตวขณะรบภารกรรมมากกวาพกดเรมตน ซงจะเพมหรอลดดวยผลตางทค านวณได จนกระทงคาความแตกตางของรปทรง เมอรบภารกรรม กบรปทรงทลกคาตองการส าหรบงานวจยนก าหนดใหมคานอยกวา 1 mm กจะไดพกดรปทรงเพอการผลต จากรปท 11 เปนขอมลของพกดรปทรงทลกคาตองการ ทใชในงานวจยน ส าหรบเปนคาเรมตนในการวเคราะห และใชเปรยบเทยบเพอหารปทรงทใชในการผลต จากรปท 9 แสดงผลการวเคราะหความเสยหายทเกดขนเมอขาลอรบภารกรรม ส าหรบงานวจยน ใชทฤษฎความเสยหายของ Tsai-Hill theory เพราะจากเอกสารอางอง[9] กลาวไววามความยงยากและราคาแพงในการท า Biaxial test ซงจะตองใชหาคา ในทฤษฎความเสยหายของ Tsai-Wuและเนองจากในงานวจยนใชเสนใยทม ในงานวจย จะพจารณาความเคนทเกดขน ในเนอวสดเทยบกบคาความเคนสงสดทวสดรบได (Tensile and compressive stress limits , Shear stress) ส าหรบทฤษฎน จากสมการท (13) สมการดานซายมอ บวกลบกนแลว มคาไมเกน 1

(13)

AME 13

รปท 9 ภาพแสดงการวเคราะหความเสยหายของ

วสดผสมดวยทฤษฏของ Tsai-Hill

เมอ ตวแปรตางๆ ทใชในการท านายความเสยหายไดแก longitudinal tensile strength, เมอ longitudinal compressive strength, เมอ transverse tensile strength, เมอ transverse compressive strength, เมอ และ in-plane shear strength,

จากรปท 10 แสดงผลการวเคราะหโครงสรางของขาลอในดานการเคลอนตว ของโครงสรางเมอมภารกรรมมากระท า เส น Full deflection ซ ง จ ะ ได จ าก ก า ร พ จ า รณ าหาขน าด ค ว ามหน า (Thickness consideration) ตามรปท 8 เปนรปทรงของขาลอ มขนาดความหนาทสามารถ รบภารกรรมสงสดและมระยะเคลอนตวตามแนวแกน Y ไมเกนระยะยบตวของขาลอทก าหนด Cu = Cm of i1 เปนเสนแสดงรปทรงทตองการและรปทรงเรมตน ในการวเคราะหหารปทรงเพอการผลตจาก รปท 10 ซงเสน Cm of i1 จะใชในการวเคราะหดวยโปรแกรมส าเรจรปดานไฟไนตเอลเมนตในวงรอบทหนง สวนในวงรอบทสองคอเสน Cm of i2 และ วงรอบทสามคอเสน Cm of i3 ตามล าดบ ส าหรบรปทรง Cm of i2 และ Cm of i3 เปนรปทรงทไดจากการน าผลตางของระยะเคลอนตวของจดทพจารณา(Node) เมอเคลอนตวไปแลว(Deformed) ของวงรอบ

รปท 10 ภาพแสดงการหารปทรงเพอการผลต (Cm)

กอนหนานเทยบกบรปทรงเรมตน มาบวกกบคาของ

รปทรงเมอยงไมเคลอนตวในจดเดยวกนในกรณท

ระยะของจดทเคลอนตวแลวมคานอยกวาระยะของ

รปทรงเรมตน หรอลบออกในกรณทระยะของจดท

เคลอนตวมคามากกวา โดยพจาณาขณะรบภารกรรม

แบบสถต ซงจะท าการวเคราะหเปนวงรอบจนกระทง

ระยะของจดทเคลอนตวทกๆ จดทพจารณามคาอยใน

เงอนไขทก าหนด ในงานวจยนใชคาความแตกตางไม

เกน 1 mm. ผลสดทายจะไดรปทรง Cm of i3 เปน

รปทรงส าหรบการผลตทไดจากการวเคราะหดวย

ระเบยบวธไฟไนตเอลเมนต ดงรปท 11 Requirement

Shape คอรปทรงทตองการ และ Manufacturing

shape คอรปทรงทใชในการผลต

4. กระบวนการผลตขาลอ จากเอกสารอางอง[10] ไดอธบายกระบวนการแบบตางๆ ทมผลตอคา (Fiber volume ratio) และคณภาพ รวมถงคาใชจายและเครองมอ อปกรณทใชในการผลต ผวจ ยเลอกใชกระบวนการแบบ Liquid Molding ดวยเทคนค Vacuum Resin Infusion ซงจะเรมโดยสรางแกนตนแบบเทาขนาดจรงทมรปทรงตามManufacturing shape ตามรปท 11 หลงจากนน

050100150200250300350400450

0 200 400 600 800

Full deflection Cu = Cm of i1

Cm of i2 Cm of i3

Deformed of i1 Deformed of i2

Deformed of i3

ระยะตามแกน x (mm)

ระยะตามแ

กน y

(mm)

AME 13

รปท 11 ภาพแสดงรปทรงเพอการผลต (Cm) กบ

รปทรงทตองการ (Cu)

รปท 12 ภาพการผลตชนงานดวยเทคนค Vacuum Resin Infusion ท าโมลดแบบปด เมอไดโมลดเรยบรอยแลวกท าการวางเรยงเสนใยตามจ านวนชนทไดค านวณไว แลวปดโมลด หลงจากนนท าการดดอากาศออกจากโมลดดวยเครองท าสญญากาศ เมอภายไนโมลดเปนสญญากาศแลวกท าการผสมเรซนและน าทอสงเรซนทตดตงเตรยมไวกบโมลด มาดดเรซนเขาไปในโมลด ซงเครองท าสญญากาศกยงคงดดไปเรอยๆ จนเตมตามปรมาตรทค านวณไว แลวหยดดด ดงแสดงในรปท 12 หลงจากน น ปลอยใหแขงตวตามเวลาในตารางคณสมบตของเรซน จงแกะโมลด น าชนงานออกดง รปท 13

รปท 13 ภาพของขาลอและโมลดทใชในการผลต

5. การทดสอบขาลอ

ส าหรบการทดสอบขาลอนน จะท าการทดสอบขาลอทรบภารกรรมแบบสถตย ซงในการทดสอบผวจ ยใชภารกรรม 57.3%(180.53kg) ของภารกรรมแบบสถตทใชงานจรง (315kg) เนองจากเครองวดแรง (Digital force gauge) สามารถวดไดสงสด 200kg ในการทดสอบจะใชกระบอกไฮดรอลคกดเพอใสภารกรรมใหกบขาลอ แลวท าการอานคาของแรงทกระท า หลงจากไดขนาดของแรงทก าหนดแลวกท าการบนทกคาการเคลอนตวของจดทพจารณา และคา Strain จาก Strain gages ทไดท าการตดตงไวบน ขาลอ ดงแสดงในรปท 14

รปท 14 ภาพแสดงการทดสอบขาลอ

6. ผลการเปรยบเทยบกบชนงาน ชนงานตนแบบเปนชนงานทไดจาก โครงการวจยและพฒนาอากาศยานไรนกบนระหวาง สวพ.กห. และ สกว. 6.1 การเปรยบเทยบความเสยหาย

รปท 15 ภาพความเสยหายของตนแบบทท าการ ทดสอบเพอใหเกดความเสยหาย จากผลการวเคราะหความเสยหายของวสด ดวยโปรแกรมไฟในตเอลเมนต จากรปท 9 จะเหนไดวา

0

100

200

300

400

500

0 200 400 600 800

Requirement Shape Manufacturing shapeระยะตามแกน x (mm)

ระยะตามแ

กน y

(mm)

AME 13

บรเวณจดใกลจดยดจะมความเคนมากทสด ซงจะเกดความเสยหายกอนเมอเปรยบเทยบกบตนแบบทมการทดสอบดงรปท 15 กเกดความเสยหายบรเวณใกลจดยดเชนเดยวกน 6.2 ผลการทดสอบชนงานทผลตใหม

รปท 16 ผลการทดสอบการยบตวกบแบบจ าลอง จากรปท 16 Requirement Shape_3090.15 (315kg) คอรปทรงทตองการเมอรบภารกรรมแบบสถต เสน Design shape คอ รปทรงทใชส าหรบผลต เสน Manufacturing shape Sample ldg1 L คอร ป ท ร ง ท ว ด จ า ก ช น ง า น จ ร ง ข า ง ซ า ย เ ส น Manufacturing shape Sample ldg1 R คอรปทรงทวดจากชนงานจรงขางขวา เสน Test1st_1771_R (180.53kg).Ldg.No.3 คอรปทรงของขาลอทท าการทดสอบดวยแรงกด 180.53kg เสน FEM Load 1771N(180.53kg) คอรปทรงเมอเคลอนตวไปแลวทใชคณสมบตของวสดและพกดจากรปทรง Design shape มาจ าลองดวย FEM ทแรงกด 180.53kg และเสน Reverse of sample to FEM_1771N คอรปทรงทน าพกดจากรปทรงทผลตไดจรงเสน Manufacturing shape Sample ldg1 R รวมถง คณสมบตของวสดมา ค านวณยอนกลบใน FEM โดยใสแรง 180.53kg เพอ เปรยบเทยบกบการทดสอบจรง

7. สรปวจารณผล กระบวนการออกแบบและสรางขาลอหลกในงานวจยน เมอทราบน าหนกของอากาศยานและการ

วางต าแหนงของขาลอกจะสามารถท าการค านวณหาภารกรรมทกระท ากบขาลอได หลงจากนนท าการเลอกรปทรงขาลอทตองการ แลวน ารปทรงทตองการไปท าการวเคราะหหารปทรงเพอการผลตดวย FEM แลวท าการสรางชนงานตามทไดค านวณไว จากขาลอทผวจยผลตได ปรากฎวา ขนาดความหนาของขาลอคลาด เคลอ น โดยเฉลย 1.6 mm. (8.21%) SD(Standard Deviation)=0.54 คอทออกแบบไว หนา 20 mm. คาเฉลยทผลตไดจรง 21.6 mm. จากรปท 16 พกดรปทรงทออกแบบกบผลตไดจรง คอเสน Design shape กบเสน Manufacturing shape Sample ldg1 L และ Manufacturing shape Sample ldg1 R คาดเคลอนสงสด -6.47 mm. (-0.96%) SD=2.54 เมอเทยบกบคาพกดทท าการพจารณา เสน FEM Load 1771N(180.53kg) คอรปทรงทออกแบบจากการค า น ว ณ ด ว ย FEM เ ม อ เ ท ย บ ก บ เ ส น Test1st_1771_R(180.53kg).Ldg.No.3 ซ ง เ ป นรปทรงทไดจากการทดสอบชนงานจรง มความคลาดเคลอนสงสด 4.7 mm. SD=2.18 เปอรเซนตความคลาดเคลอนสงสด 4.96% และจากการค านวณยอนกลบจากรปทรงทผลตไดจรงโดย FEM คอเสน Reverse of sample to FEM_1771N กบ การทดสอบขาลอจรงคอ เสนTest1st_1771_R(180.53kg).Ldg. No.3 รปทรงมความคลาดเคลอนสงสด -4.7 mm. SD=1.43 เปอรเซนตความคลาดเคลอนสงสด 5.05% จากผลการทดสอบและเปรยบเทยบจะเหนไดวา คาความคลาดเคลอนทเกดจากกระบวนการผลต ทม ความหนาของขาลอมากกวาทไดออกแบบไว ในขณะทจ านวนชนยงเทาเดม ท าใหคา Fiber volume ratio ลดลง คอ จากทค านวณในการออกแบบ เพอผลตทความหนา 20 mm. จะได เมอท าการค านวณจากความหนาทผลตได 21.6 mm. จะได ซงเมอท าการค านวณคาคณสมบตของวสด จะไดดงตารางท 1 ท าใหชนงานมความแขงแรงลดลงจะสงเกตได จากการยบตวของเสนทวด ไ ด จ า ก ก า ร ท ด ส อ บ ค อ เ ส น Test1st_1771_R (180.53kg).Ldg.No.3 จะมากกวา เสนทออกแบบไว

050

100150200250300350400450

0 100 200 300 400 500 600 700Requirement Shape_3090.15N(315kg)Design shapeManufacturing shape Sample ldg1 LManufacturing shape Sample ldg1 RTest1st_1771N_R(180.53kg), Ldg.No.3FEM Load 1771N(180.53kg)Reverse of sample to FEM_1771N

ระยะตามแกน x (mm)

ระยะตามแ

กน y

(mm)

AME 13

ตารางท 1 คาความแตกตางของคณสมบตของวสดทค านวณไดจากคา ทตางกน (หนวยEและG: GPa)

0.55 41.68 10.2 0.28 3.8 3.8 3.4 0.51 38.9 9.3 0.29 3.5 3.5 3.1 คอเสน FEM Load 1771N(180.53kg) และจากความคลาดเคลอนของรปทรงเกดจากกระบวนการผลตดวยมอ ซงมความคลาดเคลอนสงสด -6.47 mm. การใช API ส าหรบการวเคราะหโครงสรางรวมกบโปรแกรมส าเรจรปดานไฟไนตเอลเมนต ชวยใหการวเคราะหมความยดหยนในการการค านวณเปนวงรอบ

8. ขอเสนอแนะ ถาตองการความแมนย าในการผลตชนงาน จะตองควบคมกระบวนการผลตทกขนตอนดวยเครองมอทมความแมนย าสงในการผลตโมลด เชน เครอง CNC และโมลดอาจเปนโมลดเหลก หรอวสดทมความแขงแรง การวดชนงานในการทดสอบกเชนกน ถาใชเครองมอวดทมความแมนย าสงอยาง CMM กจะท าใหความคลาดเคลอนในการวดลดลงได แตคาใชจายกเพมขนดวยอกเชนกน

9. กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณกองวชาวศวกรรมอากาศยานและเทคโนโลยการบน โรงเรยนนายเรออากาศและกลมงานวจยโครงสรางอากาศยานไรนกบน ทเออเฟอขอมล และชนงานตนแบบ ขอขอบคณภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร บางเขน ทเออเฟอสถานทและเครองมอในการท าวจย ขอขอบคณภาควชาว ศ ว ก ร ร ม ว ส ด ค ณ ะ ว ศ ว ก ร ร ม ศ า ต ร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร บางเขน ทใหความอนเคราะหในการทดสอบวสดดวยเครอง UTM ขอขอบคณ ดร.พงศธร พรมบตร ทชวยแนะน าในเรองการค านวณ การผลตและทดสอบวสดผสม ขอขอบคณทานอาจารยทปรกษา น.อ.รศ.ดร.สมชาย หาญกลา และ น.ท.ดร.ณฐพล นยมไทย ทชวยใหค าชแนะในการท างานวจยในครงน

10. เอกสารอางอง [1] Kshitij Shrotri, (2008). COMPOSITE SKID LANDING GEAR DESIGN INVESTIGATION, School of Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology [2] P. Kathirgamanathan and T. Neitzert. (2008). Optimal Process Control Parameters Estimation in Aluminium Extrusion for Given Product Characteristics, Proceedings of the World Congress on Engineering Vol II, July 2 - 4, London, U.K. [3] Daniel P. Raymer, (1999). Aircraft Design: Aconceptual Approach, 3rd edition, ISBN: 1-56347-281-0, AIAA, Virginia. [4] Ladislao Pazmany, (1986). Landing Gear Design for Light Aircraft, ISBN: 0-9616777-0-8, Pazmany Aircraft Corporation, Calif. [5] Norman S. Currey, D.C. (1988). Aircraft Landing Gear Design: Principles and Practices, ISBN: 0930403-41-X, AIAA, Washington. [6] Isaac M. Daniel and Ori Ishai, (2006). Engineering mechanics of composite materials, 2nd edition, ISBN: 978-0-19-515097-1, Oxford, New York. [7] Daniel Gay, Suong V. Hoa, Stephen W. Tsai, D.C. (2003). Composite Materials, ISBN: 1-58716-084-6, CRC Press LLC, Washington. [8] Ronald F. Gibson, (1994). Principles of Composite Material Mechanics, ISBN: 0-07-023451-5, McGraw-Hill, Singapore. [9] Robert M. Jones, (1999). Mechanics Composite Materials, 3rd edition, ISBN: 1-56032-712-X, Taylor & Francis. [10] B.T. Astrom, (1997). Manufacturing of Polymer Composites, 1st edition, ISBN: 0-421- 81960-0, Chapman & Hall.