Skip to main content
SUPERVISOR
Nasrin Rezaei hosseinabadi,Ahmadreza Tabesh
نسرین رضایی حسین آبادی (استاد راهنما) احمدرضا تابش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farahnaz Taheri khozani
فرحناز طاهری خوزانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Design of Piezoelectric Energy Harvesters to Supply Wireless Sensors for Fault Detection in Aircraft Landing Gear
Most air accidents occur during landing, therefore, in addition to the need for high accuracy and quality in design, the landing gear system has the highest need for periodic maintenance and iection to ensure the flight safety of an aircraft. Landing gear health diagnostic tests are performed annually, monthly, weekly and daily. Before the flight, the daily test is performed visually by the flight pilot. Errors may occur outside of the test time and in areas far from sight, so it is necessary to detect defection of the landing gear as instantaneous and online. In this research thesis, wireless sensor networks are used to monitor the health of the landing gear system. Since the main cause of the limitation in the wireless sensor network is its power source, the energy harvester technology will be used as a suitable replacement for batteries, which in addition to extending the life of wireless sensors in the aircraft ambiance, it will solve the problem of large size and short lifespan, as well as the high cost of rechargeable batteries. When the plane is flying, the landing gear gathers in the fuselage, therefore, it experiences the same vibrations of the fuselage. First in this research, the resonant characteristic was extracted by modeling the piezoelectric energy harvester. Then, by checking the vibration spectrum of a model aircraft sample, it was shown that the vibration spectrum was multi-frequency and under these conditions, the use of appropriate array harvester of this multi-frequency spectrum will be a suitable solution to get power from the vibrations of the fuselage of the flying aircraft. When the plane is landing and taking off or taxiing, vibration of the shimmy phenomenon will be a good option for receiving power, therefore, in the following research, the shimmy phenomenon has been thoroughly studied and the factors affecting it are also checked and its frequency spectrum will be extracted in these three modes, then, by changing the parameters affecting the shimmy phenomenon, the unstable conditions of this phenomenon will be provided and it is shown that the healthy Landing gear frequency Spectrum is completely different from the defective landing gear frequency spectrum. This will help detect defection of the landing gear by studying its frequency spectrum. Finally, by designing a suitable piezoelectric harvester to receive power from the shimmy phenomenon, it is possible to supply power to the sensors and the processing unit without any restrictions. Therefore, in addition to providing electrical power from the shimmy phenomenon, by comparing the signals produced, the defection of the landing gear will also be detected. Keywords Landing gear, Structural Health Monitoring, Wireless Sensor, Piezoelectric Energy Harvester, Shimmy Phenomenon
امروزه عمده‌ حوادث هوایی در هنگام فرود رخ می‌دهد، لذا سیستم ارابه‌فرود علاوه بر نیاز به دقت و کیفیت بالا در طراحی، دارای بیش‌ترین نیاز به نگهداری و بازرسی دوره‌ای جهت تضمین بالای سلامت پرواز یک هواپیما است. تست‌های تشخیص سلامت ارابه‌فرود به‌‌صورت سالیانه، ماهیانه، هفتگی و روزانه انجام می‌گیرد، که تست روزانه قبل از انجام پرواز به‌صورت چشمی و توسط خلبان پرواز انجام می‌شود، ممکن است خطاهایی در خارج از زمان انجام تست و در قسمت‌هایی دور از دیدچشمی به‌وجود آید، لذا لازم است که تشخیص خرابی ارابه‌فرود به‌صورت لحظه‌ای و برخط انجام پذیرد. به‌همین منظور در این پژوهش جهت پایش سلامت سیستم ارابه‌فرود از شبکه‌ حسگرهای بی‌سیم استفاده می‌شود. از آن‌جایی که یکی از عوامل اصلی ایجاد محدودیت در شبکه حسگر بی‌سیم منبع توان آن است، از فناوری برداشتگر انرژی به‌عنوان جایگزینی مناسب برای باتری‌ها استفاده خواهدشد، که علاوه بر افزایش طول عمر حسگرهای بی‌سیم در محیط هواپیما، مشکل انرژی ذخیره شده محدود و طول عمر کوتاه و هم‌چنین هزینه‌های زیاد تعویض باتری را حل خواهدکرد. زمانی‌که هواپیما در حال پرواز است، ارابه‌فرود در بدنه هواپیما جمع می‌شود، لذا همان لرزش‌هایی که به بدنه وارد می‌شود را تجربه می‌کند. در این پژوهش، یک ساختار آرایه‌ای پیشنهادی برای برداشتگر انرژی پیزوالکتریک از لرزش ارابه‌فرود ارائه می‌شود و به دنبال آن روشی برای طراحی یک حسگر خودتوان به منظور تشخیص خرابی ارابه‌فرود ارائه می‌شود. سپس با بررسی طیف لرزش یک مدل هواپیمای نمونه، نشان داده شد که طیف لرزش چندفرکانسی بوده و تحت این شرایط استفاده از برداشتگرهای آرایه‌ای متناسب با این طیف چند فرکانسی، راه‌کاری مناسب برای دریافت توان از لرزش‌های بدنه هواپیما در حال پرواز خواهد بود. زمانی‌که هواپیما در حال نشستن و برخاستن و یا حرکت روی باند است، لرزش‌های پدیده شیمی گزینه مناسبی برای دریافت توان خواهد بود. لذا در ادامه پژوهش پدیده شیمی به صورت کامل بررسی شده و عوامل مؤثر بر آن نیز بررسی می‌شوند و طیف فرکانسی آن در این سه حالت استخراج خواهدشد. در ادامه با تغییر پارامترهای مؤثر بر پدیده شیمی شرایط ناپایداری این پدیده فراهم خواهد شد و نشان داده می‌شود که طیف فرکانسی پدیده شیمی در حالتی که ارابه‌فرود سالم است، با طیف فرکانسی این پدیده در حالتی که ارابه‌فرود معیوب است، کاملا ًمتفاوت است. این مسأله زمینه‌ساز تشخیص خرابی ارابه‌فرود از طریق بررسی طیف فرکانسی آن خواهد شد. در نهایت با طراحی یک برداشتگر پیزوالکتریکی مناسب برای دریافت توان از پدیده شیمی می‌توان تغذیه سنسورها و واحد پردازشگر را بدون محدودیت باتری‌های مرسوم تأمین کرد. بنابراین علاوه ‌بر تأمین توان الکتریکی از پدیده شیمی، با مقایسه سیگنال‌های تولیدی، خرابی ارابه‌فرود نیز تشخیص داده خواهد شد. کلمات کلیدی: ارابه‌فرود، پایش سلامت سازه، حسگر بی‌سیم، برداشتگر انرژی پیزوالکتریکی، پدیده شیمی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی