بخشی از مقاله
چکیده
تجزیه وتحلیل هیدرودینامیکی بدنه شناور جدید نیمه اسوات برای کاربردهای مختلف مانند کشتی های مسافربری کوچک و متوسط مناسب است. شناور نیمهاسوات درواقع ناشی از ادغام دو شکل کلاسیک شناورهای اسوات معمولی و کاتاماران تندرو می باشد. طراحی نهایی بدنه به شکل خط آبخور گوه مانند با حداکثر عرض در پاشنه ارائه شده است، بدنه با یک زاویه ورودی بسیار باریک به انتها می رسد که دارای یک حبابی سینه معمولی برجسته از کشتی های اسوات و ویژگی های پاشنه کامل جهت نصب نیروی محرکه واترجت است.
هدف از تجزیه وتحلیل، ارزیابی مقدماتی رفتار هیدرودینامیکی یک بدنه با چنین شکل های پیچیدهای ازنظر مقاومت در آب آرام و قابلیت دریامانی در امواج منظم از سمت جلو کشتی و مقایسه رفتار آن با یک اسوات معمولی است. تجزیه وتحلیل با استفاده از روش المان مرزی که در ابتدا در یک کشتی اسوات معمولی تأییدشده، انجام شده است. نتایج این تحلیل نشان دهنده یک جایگزین با ارزش نسبت به اسوات معمولی، جهت بهره برداری از مزایای طرح ترکیبی بین اسوات و کاتاماران سریع و دستیابی به عملکرد خوب با توجه به مقاومت و دریامانی بود.
-1 مقدمه
کشتی های چند بدنه طرح های مختلفی دارند که برای برنامه های کاربردی بسیار خاص به دلیل رفتارهای هیدرودینامیکی منحصربه فردشان به کار گرفته می شوند. به عنوان مثال، کاتامارانها به دلیل شکل پاشنه ای که دارند اجازه می دهند تا نیرومحرکه واترجت بر روی آن ها نصب و راه اندازی شود به همین دلیل می توانند برای سرعتهای بالا مناسب باشند. از سوی دیگر، بدنههای دوقلو با سطح آبخور کوچک - اسواتها - زمانی که قابلیت دریامانی1 موردنیاز باشد مناسب هستند.
مطالعه بر روی این نوع بدنه ها اولین بار توسط Shack که پروژه جت دریایی را مطرح کرده بود انجام شد . - Shack,1995 - بعدازآن رفتار دریامانی شناورهای اسوات2 و نیمهاسوات با استفاده از روش تئوری نواری3 در حوزه زمان با اعداد فرود بالا موردمطالعه قرارگرفت . - Holloway,1998 - مقایسه محاسبات عددی بهدستآمده با استفاده از روش المان مرزی - - BEM4 ، با نتایج حاصل از تست تجربی حوضچهکشش5 منتشر گردید
آزمایشهای تجربی برای بررسی مقاومت و دریامانی بدنههای کاتاماران تندرو و همچنین محاسبات مقاومت افزوده، توسط مول و همکارانش انجامشد . - Moll et al, 2000 - سپس تست مقاومت مدل برای هر دو بدنه نیمهاسوات V و U شکل بررسی گردید و رفتار دریامانی با استفاده از روش مبتنی بر تئوری نواری موردمطالعه قرارگرفت .
همزمان، جزئیات یک مطالعه تجربی-عددی با مقایسه دو طرح نیمهاسوات منتشرگردیدکه اکثر کار منتشرشده مربوط به طراحی بدنه نیمهاسوات، بر روی رفتار هیدرودینامیکی بدنه های اولیه - کاتاماران و اسواتهای معمولی - متمرکزشده بود
در میان دیگر کارهای ارائهشده، محاسبات ارائهشده در سال 1995 که به مسئله ارزیابی سهبعدی حرکات کشتی از طریق شبیهسازیهای غیرلزج در حوزه زمان پرداخته، قابل توجه بود
راجع به اسوات ها، طراحی یک کشتی مسافربری از نوع اسوات، با تأکید خاص بر جنبههای هیدرودینامیکی آن نشان داده شد، محققین تکنیک های بهینه سازی برای تست تعداد قابل توجهی از طرحهای مختلف را به کاربردند . - Papanikolaou et al, 1991 - رویکرد مبتنی بر بهینهسازی نیز توسط - Brizzolara,2004 - استفاده شد و توسط Brizzolara و Vernengo بهروزرسانی شد
در مطالعه اول، هندسه بدنه توسط یک تابع چندجمله ای شرح داده شد و نهایتاً با یک مدل انعطافپذیرتر مبتنی بر منحنی بی اسپیلاین جایگزین شد. یک روش طراحی یکپارچه برای کشتیهای اسوات مسافربری توسعه داده شد، این روش شامل اجراهای مقاومت موج بود و با استفاده از روش میشل ارزیابی گردید
Vernengo . - Brizzolara and Gaggero,2006 - و همکارانش یک نرمافزار طراحی بر اساس بهینه سازی شکل هیدرودینامیک برای یک کشتی نیمه اسوات مسافربری را پیشنهاد دادند
شکل بدنه با یک مدلکاملاً پارامتری توصیف گردید که تغییرات محلی و کلی در آن در نظر گرفتهشده بود. علاوه بر این، بهینهسازی چندهدفه با توجه به مقاومت آب آرام و دریامانی توسط الگوریتم ژنتیک مدرن انجام شد. در این مطالعه، مقاومت آب آرام و پاسخ دریامانی طرح نیمهاسوات در امواج منظم از سمت جلو کشتی1 محاسبه و به طور سیستماتیک با طراحی اسوات تک استرات2 مقایسه شده است. مقاومت و دریامانی در محدوده عدد فرود بین 0.8-0.4، برای بدنه های جابجایی آزمایش شد. روش المان مرزی توسعهیافته، برای انجام محاسبات هیدرودینامیکی از پاسخهای مقاومت و دریامانی استفادهشده است
در این تحقیق، ترکیب شرایط مرزی دینامیکی و سینماتیکی، همراه با شرایط مرزی مربوط به بدنه، درنظر گرفته شده است. پیوستگی فشار بر روی سطح بدنه برای محاسبه مقاومت موج، تابش3 و نیروهای تفرق4 درنظر گرفتهشده و حرکات عمودی در حوزه فرکانس حلشده است. بررسی اولیه اعتبارسنجی و نتایج حاصل از روش عددی مورداستفاده در اینجا با استفاده از داده های تجربی در دسترس برای کشتی های اسوات معمولی انجامشده است. نمونههایی از شناورهای اسوات و نیمهاسوات جهت آشنایی با ساختار بدنه آنها - تفاوت این دو شناور در طراحی قسمت زیرآب است - در شکلهای - 1 - و - 2 - آورده شده است.
شکل : - 1 - نمونهای از شناور اسوات.
شکل : - 2 - نمونهای از شناور نیمه اسوات.
به دلیل وجود انواع زیادی از بدنه ها، این امکان برای ایجاد طرح ترکیبی جدید که ناشی از ادغام بهترین ویژگی بدنه های مختلف برای غلبه بر نواقصشان است، وجود دارد. طرح نیمه اسوات1 ارائه شده، طرح های بدنه اولیه را ترکیب و چالش های آن ها را حل نموده است. مطالعات بسیار کمی در زمینه طراحی نیمهاسوات وجود دارد که بیشتر بر کشتی های مسافربری کوچک و متوسط متمرکزشده است.
هرچقدر قابلیت های یک شناور افزایش یابد کارایی آن نیز بیشتر می شود به همین دلیل نیاز است که قابلیت های مختلف این شناور موردبحث و بررسی قرار گیرد تا مورداستفاده محققین و مالکان کشتی ها برای استفاده در تحقیقات آینده قرار گیرد پیش بینی عملکرد کشتیها در آبهای آرام و مواج از دغدغههای همیشگی طراحان کشتی بوده و رفتار دریامانی یکی از مهمترین نکات در طراحی شناورها است؛ بنابراین در این مقاله به بررسی مقاومت و رفتار دریامانی طرح نیمهاسوات مطرحشده برای شناخت هرچه بیشتر قابلیتهای این شناور به کمک نرمافزار AQWA جهت تحلیل عددی میپردازیم.
-2 اعتبار سنجی روش دریامانی برای اسوات معمولی
اسوات - 6A جهت بررسی اولیه اعتبارسنجی و روش دریامانی برای این نوع بدنه انتخابشده است 1976 - . - Kallio, این یک اسوات معمولی است کهقبلاً آزمایش دریامانی مدل تجربی برای سرعت های مختلف در امواج منظم و نامنظم در مرکز تحقیقات کشتی نیروی دریایی دیوید تیلور، انجام شده بود. این اسوات با سه استرات A - ، B و - C شامل تک استراتهای A - و - B و جفت استرات - C - تستشده است.
در حال حاضر، بدنه با استرات معمولی - A - برای تجزیه وتحلیل انتخابشده است. کشتی اسوات 6A-انتخاب شده در این مطالعه، با یک جفت باله تثبیت کننده بین دونیم بدنه در سینه و پاشنه مجهز شده است. ابعاد اصلی اسوات 6A- و بالههای تثبیتکننده در جداول - 1 - و - 2 - ذکرشده است.
برای انجام اعتبارسنجی روش دریامانی برای اسوات 6A-، اثر نصب باله تثبیتکننده بر روی مدل باید در محاسبات پاسخ دریامانی در نظر گرفته شود.
