بخشی از مقاله
چکیده
سکان شناورها و کشتی ها نقش اساسی در هدایت مناسب و تحت کنترل این تجهیزات دریایی را به خود اختصاص می دهند. به همین جهت استفاده از یک پروفیل مناسب و متناسب با جریان های هیدرودینامیکی پایدار و ناپایدار امری اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش به بررسی و تحلیل دو نمونه از هفت نوع پروفیل سکان رایج در سیستم های فرماندهی شناورها توسط نرم افزار فلوئنت و گامبیت، و شبیه سازی آنها چرداخته شده است.
نتایج حاصله نشان گر این است که این نوع پروفیل در سرعت های آرام نامناسب و در جریان های متلاطم مناسب است. همچنین در این تحقیق علاوه بر بررسی شرایط ضرایب لیفت، درگ، و ممنتوم، جریان های گردابی پیرامون تیغه سکان و سطح تمرکز فشار هیدرواستاتیکی مد نظر قرار گرفت که منطبق با الگوهای رفتاری لایه-های مرزی ایرفول ها می باشد.
مقدمه
یکی از مهمترین بخش های طراحی شناورهای دریایی، سیستم فرمان می باشد. سکان، عضو منفعل شناورهای دریایی محسوب می¬شود که می¬تواند به شرایط حرکتی، نظیر سرعت شناور، سرعت جریان آب، نیرو و گشتاور لازم را جهت کنترل و هدایت کشتی تولید نماید
تا کنون تحقیقات زیادی در رابطه با سیستم سکان شناورها صورت گرفته است. ماریو فلی و همکاران - Felli M., - Grizzi S., Falchi M, 2014 در تحقیقی با عنوان اثر متقابل هیدرودینامیک و هیدرواکوستیک در پروانه و سکان شناورها به توصیف مکانیسم اصلی اکوستیک و هیدرودینامیک در یک سکان پرداخته و جریان دقیق سیال در اطراف بال - تیغه سکان - هدایت کشتی را به همراه نوسانات دیوار فشار در زوایای انحرافی گوناگون اندازه گیری نمودند. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که، در صورت توسعه دادن این تحقیق می توان به صورت کاربردی برای جدایش سطوح هیدرودینامیکی و اکوستیکی نوسانات فشار و تغییرات دینامیکی سیالات اقدامات لازم را صورت داد.
استفانی و همکاران - Wimmer S.A., DeGiorgi V.G., Lemieux E.J, 2010 - در پژوهشی پیرامون ارزیابی راندمان پوشش سکان کشتی، به بررسی پوشش های پلیمری سکان پرداخته و تنش ایجاد شده در سطوح بال سکان و بارهای هیدرواستاتیکی را تحلیل نمودند. در این تحلیل، ایشان یک مدل سه بعدی از سکان کشتی معمولی را به عنوان نمونه آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصله نشان دهنده تفاوت بین عملکرد الگوهای تنش و تغییر شکل در ساختار سکان می باشد.
منتظری و همکاران - Montazeri N et al, 2010 - به بررسی تأثیر کاهش نقش سکان شناورها برای جسم در حال حرکت پرداختند. در این تحقیق با فرض قرار دادن یک جسم با دو درجه آزادی، مدل ریاضی با میرایی مرتبه دوم و پنجم برای معادلات سکان در امواج آب مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت و نتایج حاصله حاکی از آن بود که کنترل سکان شناور، باعث افزایش ثبات آن می شود.
زانت و همکاران - Zanette et al, 2010 - اثر جریان عبوری از پره های توربین آبی را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق یک روش ساده برای طراحی تجزیه و تحلیل ساختاری از تیغه های توربین آب جریان شناور پیشنهاد شد. نتایج به دست آمده، پیشنهاد یک توربین با پره ای با مقطع ذوزنقه ای شکل می باشد که کارآمدتر از طرح های کلاسیک بوده و باعث دوام توربین شده است.
دیوکین و همکاران - Ducoin et al, 2009 - به بررسی جریان روی هیدروفویل به صورت عددی و تجربی پرداختند. آنها پدیده لایه مرزی، جدایش جریان، تبدیل جریان از آرام به آشفته و نیز پدیده واماندگی را تحلیل کردند. نتایج ایشان نشان می دهد که افزایش سرعت مورد نظر باعث افزایش زاویه واماندگی و در نتیجه بالا رفتن اثر پسماند در طول حرکت می شود.
هان - Kaijia Han , 2008 - به بهینه سازی عددی بدنه، پروانه و پیکربندی سکان پرداخت. ایشان نشان داد که مدل پروانه طراحی شده مبتنی بر جریان بالقوه از طریق نیروهای بدنه می-تواند ابزار مفیدی برای طراحی و بهینه سازی باشد. همچنین مولاند و تارنوک - Molland and Turnock 1991 - در پژوهشی تأثیر بارگذاری پروانه بر عملکرد سکان کشتی در تونل باد را مورد بررسی قرار دادند. مدل سکان مورد استفاده در این تحقیق از نوع - ALL - متحرک و با میانگین وتر 667 میلیمتر بود. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که طراحی نمونه واقعی معتبر می باشد.
هاماماتو و اوزاکی - Hamamato and Okazaki 1994 - سیستم کنترل پره و سکان را برای تثبیت فرمان مورد بررسی قرار دادند. ایشان به بحث در رابطه با کنترل نوسان کشتی و انحراف حرکت با استفاده از یک سیستم باله - سکان ترکیبی پرداختند.
ون کلوگت و همکاران - Van der Klugt et al, 1988 - در پژوهشی تحت عنوان "ثبات رول سکان کشتی و طراحی کشتی" با بررسی اصلاحات مورد نیاز در طراحی شناورهای دریایی، نظیر سرعت عمل سکان و نفوذ سکان در حرکت رول فرمان، نتیجه گیری می کنند که سرعت عمل سکان تأثیر زیادی در حرکت کشتی دارد.
روش تحقیق
در پژوهش انجام شده با استفاده از روابط طراحی سکان، از نرم افزار فلوئنت - Fluent 16.00 & Gambit 2.4.6 - جهت شبیه سازی و تحلیل مشخصه های موثر استفاده شده است.
بررسی پارامترهای حاکم در طراحی سکان
به طور کلی سه وظیفه اساسی سکان عبارت است از:
-1 تعیین معیارها و مشخصات واقع بینانه برای مانور، حفظ مسیر و تغیر سرعت .
-2 طراحی بدنه، سطوح کنترلی، ملحقات، سیستم جعبه دنده فرمان و سیستم کنترل برای رسیدن به ملزومات و پیش بینی عملکرد.
-3 اجرا کردن آزمایش با مقیاس واقعی به منظور اندازه گیری عملکرد و مقایسه آن با معیارها و پیش بینی ها. پارامترهایی چون ابعاد اصلی کشتی، هندسه و فرم بدنه شناور، سکان و سایر سطوح کنترل و سیستم رانش شامل موتور، گیربکس، شافت و پروانه از مهمترین پارامترهای هدایت کشتی می باشند. در شکل 1 ، یک نمونه سکان شناور دریایی مشاهده می شود.
شکل -1 تصویر نمونه ای از سکان شناور: تیغه - بال سکان -
-4 اساسا" قابلیت مانور و کنترل شناورهای دریایی شامل تمامی جنبه های تنظیم خط سیر شناور، سرعت و جهت آن در دریا و آب های محدود میباشد که موقعیت یابی و حفظ آن اهمیت خاصی دارد
