بخشی از مقاله
چکیده
یکی از پارامترهای تاثیرگذار بر هزینه عملیاتی کشتی سرعت سرویسدهی آن در شرایط آب و هوایی واقعی در مسیر کشتیرانی معین میباشد تاکنون روشهای تخمینی در محاسبه سرعت سرویسدهی بر پایهی حاشیه سرویس دقت کمتری داشته است. در این مقاله بر اساس روشی مبنی بر مقاومت اضافی که وابسته به پارامترهای آماری میانگین موج و باد رخ داده در طول مسیر کشتیرانی معین آماده است. برای بهدست آوردن سرعت سرویسدهی کشتی ابتدا مقاومت، سپس تراست برای یک پروانه مشخص محاسبه شد که در پایان با استفاده از نمودارها سرعت سرویسدهی تخمین زده شد.
بدنه ک شتی انتخاب شده S-175 مدل میبا شد و در نرمافزار مک سرف مقاومت آرام به روش هولتروپ محا سبه شده است. برای محاسبه مقاومت اضافه برای مسیر بندرعباس ژاپن که به چند منطقه دریایی تقسیم میشود ارتفاع مشخصه هر منطقه تهیه و با تعیین طیف موج مناطق از طریق ماژول مو شن مک سرف مقاومت ا ضافی ک شتی در منطقه محا سبه شد. در این مقاله اثر تغییرات م شخ صات هند سی - نسبتگام، نسبتکورد و تعداد پره - پروانه بر سرعت سرویسدهی کشتی در نظر گرفته شده است. بهاین منظور سعی گردیده تا با اتکاء به تئوری المان پره نقش تغییرات هندسی پروانه کشتی مورد مطالعه - NACA66 - بر سرعت سرویسدهی شناور مورد مطالعه قرار گیرد.
-1 مقدمه
با توجه به اهمیت حملونقل در مرزهای آبی کشورمان طراحی دقیق و پیشرفته شناورها از اهمیت ویژه برخوردار است. در مراحل طراحی یکی از پارامترهای مهم تخمین سرعت کشتی در مسیر دریانوردی میباشد که وقتی مالک کشتی طرح یک کشتی جدید را بر اساس تجربیات و دانش بازار کشتیرانی خود، برنامهریزی میکند، تناژ قابلحمل کشتی را معین میکند و سرعت سرویسدهی کشتی را که در طول مسیر دریانوردی به آن میرسد را پیشبینی میکند. سرعت سرویسدهی توسط یک کشتی در شرایط واقعی آب و هوایی - اساساً باد و موج - یکی از مهمترین پارامترهای تأثیرگذار بر سود کشتی در مسیر دریانوردی معین است.
امروزه در الگوریتم طراحی کشتی در اتاقهای طراحی، تناژ قابلحمل با دقت رضایت بخشی تعیین میگردد، اما محاسبات سرعت سرویسدهی کشتی تقریباً نادقیق و به طور تقریبی بعد از تحویل کشتی و چند بار سرویس معلوم است. بنابراین در قرارداد ساخت کشتی سرعت دیگری درنظر گرفته میشود که سرعت قراردادی نامیده میشود و کشتی در شرایط آب آرام به آن میرسد. سرعت قابل حصول سرویسدهی کشتی بر اساس پارامترهای مقاومت آب آرام و با محاسبات ضرایب وابسته پیشبینی میشود. در آن پیشبینی یک افزایش مقاومت کشتی در شرایط سرویسدهی نسبت به شرایط آب آرام وجود دارد چونکه به شرایط واقعی آبوهوایی رخداده در طول مسیر کشتیرانی وابسته است. اطلاعات آماری بادها و موجهای ممکن برای اتفاق افتادن در مسیر دریانوردی، یک توانایی در تعیین تابع مقاومت اضافه است. این اطلاعات آماری موجب تعیین سرعت سرویسدهی کشتی میشود و همچنین در انتخاب موتور موثر است .
[1] تلاشهای زیادی برای تعیین سرعت سرویسدهی کشتی در شرایط آب و هوایی واقعی انجامگرفته است که این محاسبات بر اساس توزیع آماری پارامترهای باد و موج که در مسیر کشتیرانی معین اتفاق میافتد نبوده است 4]،3،[2، تادوژ شیلنگیویچ1 و کاتاژینا ژلازنی2 در سال 2006 محاسبات سرعت سرویسدهی کشتی را با در نظر گرفتن پارامترهای آماری میانگین موج و باد رخداده در طول مسیر کشتیرانی انجام داده و یک تعریف جدید برای حاشیه سرویس ارائه نمودند 5]،.[1 در این مقاله با در نظر گرفتن مسیر دریانوردی برای محاسبه مقاومت آرام و مقاومت اضافی - امواج منظم و نامنظم - که هر مسیر دریانوردی شامل چند منطقه دریایی با ارتفاع موج مشخصه و طیف موج منحصربهفرد خود میباشد اختلاف مقاومت آرام و مقاومت اضافی در شرایط آب و هوایی مسیر معینشده است،
همچنین برای محاسبه تراست شناور از روش المان پره که یکی از روشهای بهدست آوردن تراست و گشتاور شناور هست استفاده شده است و بدین منظور با استفاده از دادههای هندسی پروانه NACA66 سری B، مدلسازی سهبعدی انجام گردید و با تغییرات مشخصات هندسی پروانه در این الگوریتم، حالتهای بهینه سرعت سرویسدهی در شرایط آب آرام، امواج منظم و نامنظم بدست آمده است، مقاومت اضافی 15-30 درصد از مقاومت آب آرام را شامل میشود [6] و همچنین مقاومت باد 3-5 درصد از مقاومت زیرآب است .[7] یکی از اولین تلاشهای که برای به دست آوردن مقاومت اضافه موج منظم یک شناور صورت گرفت، توسط هولاک3 در سال 1942 ارائه شد.[8 ] مارو 4 در سال 1975 محاسبات مربوط به مقاومت اضافی را توسعه داد. وی از جریان پتانسیل برای این امر استفاده کرد .[9] روشهای دیگری برای محاسبه مقاومت اضافی از قبیل روش ممنتوم و انرژی که به روش نیروی دریفت5 شناخته میشود.
مبنای ریاضی این روش این است که یک حجم کنترل حول بدنه کشتی در نظر گرفته میشود و پایداری ممنتوم و انرژی در آن حجم کنترل مورد بررسی قرار میگیرد که جیسن6 معادله نهایی خود را برای این روش بر مبنای معادله ارائه شده هولاک در سال 1966 ارائه کرد .[10] روش انتگرالگیری از فشار این روش راهحل هیدرودینامیکی کلاسیک بر مبنای روش هولاک هست که شامل انتگرالگیری از مولفههای طولی فشارهای نوسانی روی سطح خیس بدنه است. برای استفاده از این روش از تئوری نواری بهره برده میشود برای این روش بوز7 در سال 1979 رابطهی ارائه کرد .[11] روش انرژی شعاعی این روش اولین بار توسط جریستما8 و بوکلمن9 در سال 1972 بهکاربرده شد .
[12] در این روش، مقاومت اضافه را با انرژی دمپ شده توسط موجهایی که بهصورت شعاعی از شناور ساطع میشوند، مساوی قرار میدهند. روش دیگر نظریه نواری بر پایه جریان پتانسیل حرکت سیال حول بدنه کشتی میباشد 14]،.[13 مقاومت اضافه در دریای نامنظم را میتوان به همان روش استفادهشده در امواج منظم کشتی با به کار بردن تکنیک جمع آثار، بهدست آورد اصل استفاده از برهمنهی10 جهت پیشبینی مقدار مقاومت اضافی در امواج نامنظم توسط مارو در سال 1957 ارائه شد [15] که اثبات نهایی آن بعدها توسط وزیلوپلاس - 1967 - 11 انجام گرفت 17 ]، .[16 در این مقاله سعی بر این است سرعت کشتی در شرایط واقعی مسیر دریانوردی که این شرایط واقعی در مسیر دریانوردی اعم از امواج منظم و نامنظم و باد میباشد فراهم نموده و تاثیرات تغییرات مشخصات هندسی پروانه بر سرعت سرویسدهی مورد ارزیابی قرار گیرد. علاقمندان میتوانند سایر کارهای انجام شده در ارتباط با طراحی پروانه و محاسبه تراست را در مراجع [18-21] بیابند.
-2 روابط و معادلات حاکم
-1-2 تئوری توسعه یافته المان پره
تئوری المان پره مرتبط با چگونگی تراست ایجاد شده توسط پروانه و وابستگی این تراست به شکل و هندسه پرههای پروانه میباشد. هر پرهی پروانه از المانهایی ت شکیل شده که بهوا سطه حرکت در سیال نیروی هیدرودینامیکی ایجاد میکنند . بخش محوری این نیروی هیدرودینامیکی، نیروی تراست بوده و ممنتم حول محور پروانه در اثر نیروی مماسی گشتاور ایجاد شده میباشد. حاصل برآیند نیروهای تراست و گشتاور المانهای پرهها، تراست و گشتاور کل پروانه خواهد بود.
