ناسا تجزیه و تحلیل شوک، ارتعاش را بهبود می بخشد

استرلینگ آلن، بخشی از گروه محیط های پویا با دفتر برنامه خدمات پرتاب ناسا، یک نرم افزار دیجیتال تجاری را در مرکز فضایی کندی ناسا در فلوریدا به نمایش می گذارد. این نرم‌افزار مدل‌سازی اجزای محدود را برای پشتیبانی از تجزیه و تحلیل شوک و ارتعاش انجام می‌دهد و اطمینان حاصل می‌کند که فضاپیماها و موشک‌ها می‌توانند قبل از پرتاب در برابر ارتعاشات شدید، شوک، استرس یا سایر نیروهای فیزیکی مقاومت کنند و ایمنی ماموریت را در این فرآیند تقویت کند.

ناسا/کلیتون روژلو

راکت ها هنگام صعود به فضا به شدت می لرزند، می لرزند و خم می شوند و فضاپیماهای مملو از ابزارهای علمی ظریف باید از این نیروها جان سالم به در ببرند. قبل از خروج موشک از زمین، مهندسان ناسا کار می کنند تا پیش بینی کنند که این تنش ها چگونه بر هر قسمت از فضاپیما تأثیر می گذارد.

برای انجام این کار، مهندسان گروه محیط‌های پویا با دفتر برنامه خدمات پرتاب ناسا در مرکز فضایی کندی این آژانس در فلوریدا، نحوه اطمینان از مقاومت فضاپیماها و موشک‌ها در برابر لرزش‌های شدید، شوک، استرس یا سایر نیروهای فیزیکی را ساده‌سازی کرده‌اند که ایمنی ماموریت را در این فرآیند تقویت می‌کند.

مهندسان با استفاده از یک ابزار نرم‌افزار دیجیتال تجاری به روشی جدید، یک گردش کار مدل‌سازی استاندارد برای مدل‌سازی اجزای محدود ایجاد کردند تا تجزیه و تحلیل شوک و ارتعاش را تقویت کرده و اطمینان حاصل کنند که سخت‌افزار برای محیط‌های شدید پرتاب و صعود آماده شده است.

برایان بیور، رئیس بخش تجزیه و تحلیل پرواز با دفتر برنامه خدمات پرتاب در ناسا کندی، گفت: «این روش مبتنی بر رایانه به پیش‌بینی نحوه رفتار موشک‌ها و فضاپیماها در شرایط شدید قبل از ساخت سخت‌افزار کمک می‌کند و به شناسایی نقاط ضعیف و خطرات احتمالی شکست در مراحل اولیه کمک می‌کند تا تیم بتواند به یافته‌ها رسیدگی کند.

این تیم اخیرا برای اولین بار از این نرم‌افزار استفاده کرد و در حین تأیید موشک یک ارائه‌دهنده پرتاب تجاری که برای مأموریت ناسا انتخاب شده بود، استفاده کرد. شریک تجاری تست ارتعاش را ارائه کرد اما تست شوک را انجام نداد. گروه محیط‌های پویا تشخیص داد که آزمایش شوک مورد نیاز است و از الگویی که گروه ایجاد کرده بود برای اجرای مقایسه‌های what-if، تجسم رفتار ساختاری و پاسخ به سؤالات پیچیده‌ای که در گذشته به مدل‌سازی دستی گسترده نیاز داشتند، استفاده کرد.

این تیم نتایج آزمایش شرکت را برای محیط‌های پرواز تأیید کرد و این تجزیه و تحلیل بینش‌های جدیدی در مورد شوک در حین حمل و نقل ارائه کرد.

الکس هارد، مهندس هوافضا با دفتر برنامه خدمات پرتاب در ناسا کندی، گفت: «ما از ابزاری استفاده می‌کنیم که برای دهه‌ها وجود داشته است، اما معمولا توسط رشته‌های محیط‌های پویا استفاده نمی‌شود. "اما ما در حال تغییر آن هستیم. ما از آن در حوزه نسبتا جدیدی از دینامیک استفاده می کنیم."

اگرچه موشک‌ها و فضاپیماها برای جذب شوک‌ها و ارتعاشات طراحی شده‌اند، اما این نیروها می‌توانند باعث ساییدگی یا شکست بالقوه پرواز شوند، به ویژه در هنگام پرتاب و صعود.

هاردت گفت: «ما مشخص می‌کنیم که سطوح ارتعاش تصادفی و سطوح شوک چقدر شدید است، و سپس تأیید می‌کنیم که تمام قطعاتی که روی موشک‌های آینده می‌روند تا این سطوح آزمایش شده‌اند و طول عمر آنها را به حداکثر می‌رسانیم».

صرفه جویی در زمان نرم افزار

برای دهه‌ها، مهندسان محیط‌های شوک و ارتعاش را با استفاده از قوانین سرانگشتی یا مقیاس‌گذاری داده‌های قبلی تخمین می‌زنند تا تخمین بزنند که چگونه هر جزء موشک یا تجهیزات فضاپیما پس از مونتاژ و پرواز، تحت تأثیر قرار می‌گیرد. این رویکرد کارساز بود، اما به شدت بر قضاوت مهندسی و تقریب‌های ساده‌ای که از ماموریت‌های گذشته گرفته شده بود، متکی بود.

از آنجایی که اکثر مهندسان محیط های پویا به ندرت از ابزارهای مدل سازی المان محدود استفاده می کنند، اغلب نیاز به یادگیری مجدد گردش کار پیچیده دارند. این نرم‌افزار جایگزین ابزارهای قدیمی‌تر می‌شود و یک الگوی استاندارد ارائه می‌دهد که مهندسان را سریع‌تر و کامل‌تر از طریق پروفایل‌های ارتعاش و شرایط شوک راهنمایی می‌کند.

تحلیل المان محدود یک تکنیک شبیه‌سازی قدرتمند است که ساختار پیچیده‌ای را به اجزای کوچک‌تر تقسیم می‌کند تا رایانه‌ها بتوانند به دقت پیش‌بینی کنند که چگونه یک فضاپیما یا موشک می‌تواند به نیروهای خاص یا محیط‌های پرتاب پاسخ دهد. این مهم است زیرا مسائل را می توان در محل مورد بررسی قرار داد. هنگامی که موشک از سکوی پرتاب خارج می شود، اکثر مشکلات قابل تعمیر یا اصلاح نیستند، که شناسایی زود هنگام را ضروری می کند.

هاردت گفت: «ما از آن برای به دست آوردن بینش واقعا ارزشمند خیلی سریع در تأیید سیستم ارائه‌دهنده استفاده کرده‌ایم. "این در حال حاضر بینش واقعا عمیقی را در مورد چیزی که معمولا به تلاش زیادی نیاز دارد ارائه کرده است."

هارد می‌گوید که داشتن توانایی تجسم مشکلات دینامیک غیر شهودی با استفاده از مدل‌های اجزای محدود، تأثیر ارزشمند نرم‌افزار را بر یادگیری، کارایی و همسویی با فرهنگ متمرکز ناسا نشان می‌دهد. گردش کار می‌تواند به مهندسان کمک کند دانش را به اشتراک بگذارند، ارزیابی‌ها را با داده‌های پرواز اضافی اصلاح کنند و مهارت خود را با ابزارهای مدل‌سازی افزایش دهند. این قابلیت قبلا ماه‌ها صرفه‌جویی کرده است، زیرا به تیم اجازه می‌دهد تا تجزیه و تحلیل را به‌طور مستقل بدون نیاز به درخواست و منتظر ماندن برای گزارش‌ها یا داده‌های آنالیز انجام دهد، و با کمک به آنها در شناسایی خطراتی که قبلا در نظر گرفته نشده‌اند.

دفتر برنامه خدمات پرتاب ناسا مسئول پرتاب موشک‌هایی است که فضاپیماهایی را که زمین را رصد می‌کنند، از سیارات دیگر بازدید می‌کنند و جهان را کاوش می‌کنند، از ماهواره‌های هواشناسی گرفته تا تلسکوپ‌های فضایی و مریخ‌نوردها. این تیم به طور مداوم از ابزارهای جدیدی مانند این استفاده می کند تا بالاترین شانس عملی موفقیت را برای هر ماموریت به آژانس بدهد.