بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مراحل مهم در طراحی شناورهای زیرسطحی، تعیین نیروها و ممانهای هی درودینامیکی وارد بر شناور میباشد. نیروها و ممانهای هیدرودینامیکی شامل نیروهای اینرسی، جرم افزوده، میرایی، کریولیس، پیشرانش و نیرو و ممانهای بازدارنده میباشد. در سالهای اخیر با پیشرفت علوم کامپیوتری روشهای عددی - - CFDکاربرد روزافزونی در صنایع زیردریایی پیدا کردهاند. دقت بالای روشهای عددی باعث افزایش استفاده از این روشها در تعیین مقاومت و نیروی رانش شناورهای زیرسطحی شده است.
در پژوهش حاضر به محاسبه دو دسته ضرایب میرایی یک شناور زیرسطحی مدل به کمک روش عددی پرداخته شدهاست . برای محاسبه ضرایب میرایی، آزمونهای یکنواخت همراه با زاویه حمله و انحراف بوسیله نرم افزار AnsysCfx استفاده شدهاست که بر پایه روش حجم محدود میباشد . زمانی که جسم با زاویه حمله یا انحراف نسبت به جریان حرکت کند، تغییرات ضریب درگ بر حسب این زوایا تابعی سهموی بوده و از این طریق میتوان ضرایب میرایی غیرخطی را محاسبه نمود. همچنین با استفاده از نمودار نیرو و گشتاور میرایی وارد بر جسم در این حالات میتوان ضرایب میرایی خطی را محاسبه کرد. نتایج بدست آمده از روش عددی با نتایج موجود مقایسه شدهاست. همخوانی نسبتا خوب نتایج نشان دهنده دقت روش عددی استفاده شده در محاسبات هیدرودینامیکی میباشد.
مقدمه
زیردریایی یک وسیله زیرسطحی است که میتواند در زیر سطح آب حرکت کند و در اعماق زیاد ماموریتهای مختلف را انجام دهد. زیردریایی ممکن است از نوع غیرنظامی - علمی یا گردشگری - یا از نوع نظامی باشد. در زیردریاییهای اولیه از نیروی دست برای حرکت دادن زیر دریایی در اعماق کمک گرفته میشد. در سال 1620 شخصی به نام ون دربل اولین زیردریایی را ساخت که میتوانست در عمق 4/5 متری حرکت کند. حدود 30 سال بعد روبرت فولتون، زیردریایی دیگری ساخت که برای اولین بار، بالهایی برای تنظیم عمق در زیردریایی تعبیه شد. فولتون سپس تلاش کرد تا زیردریایی دیگری با موتور بخار بسازد. مشکل طراحی این موتورها در آن بود که در زیر آب اکسیژن نبود.
بنابراین موتوری طراحی شد که ابتدا آب در سطح آب، داخل مخزنی با موتور دیزل - باسوخت گازوئیل - داغ و تبدیل به بخار میشد، سپس موتور خاموش میشد و زیردریایی به داخل آب شیرجه میزد و تا وقتی که بخار داخل مخزن سرد نشده بود، زیردریایی میتوانست با موتور بخار در عمق دریا حرکت کند .در سال 1860 زیردریایی دیگری طراحی شد که بطور کامل زیر آب نمیرفت و از طریق لولهای که به سطح آب راه داشت، اکسیژن را برای سوخت موتور به داخل زیردریایی مکش میکرد.
در سال 1904 اولین زیردریایی که با موتور الکتریکی-دیزل کار میکرد، در فرانسه ساخته شد. موتورهای دیزل در سطح آب، باطریهای الکتریکی را شارژ کرده و سپس زیردریایی در آب فرو میرود. در این هنگام موتور دیزل خاموش شده و موتور الکتریکی به کمک باطریهای شارژ شده، زیردریایی را حرکت میدهد. بدنه زیردریاییها دارای یک حفره طولی است که میتواند با هوا یا آب پر شود. برای فرورفتن در آب مخازنی را در بدنه با آب پر میکنند و برای بازگشت به سطح آب هوای فشردهای که در مخازن تحت فشار قرار دارد رها شده و مخازن را پر از هوا میکند.
طراحی بهینه شناورهای زیرسطحی ایدهایست که از مدتها قبل در مورد آن تحقیق شدهاست. ژانگو همکاران[1]، در سال 2010 حرکات صفحه¬ای را با کمک نرم افزار فلوئنت شبیه سازی کرده و ضرایب افزوده مربوط به این حرکات را بدست آوردند. ژینکسین[2]، نیز حرکت یک شناور زیرسطحی هوشمند را در دو حالت ساده و به همراه یدک به کمک روش عددی شبیهسازی کردهاست. فیلیپس و همکارانش[3]، در مقاله خود با نام آزمایشهای مجازی مکانیزم حرکت صفحهای، بصورت عددی حرکات تجربی PMM را شبیهسازی کردند.
وی در کار دیگری حرکات بازوی چرخان و آزمون کشش ثابت همراه با زاویه انحراف را شبیه سازی کردهاست.[4] سئونگ لی و همکاران[5]،نیز در سال 2011 شبیه سازی عددی را روی یک UUV به شکل بیضی گون، انجام دادهاند و ضرایب جرم افزوده این مدل را بدست آوردهاند. ژیانگ هو[6]، در سال 2008 نیز حرکت بازوی چرخان را شبیه سازی کرد ونتایج خود را با نتایج آزمایشگاهی مقایسه نمود. بیکر[7]، در سال 2004 با کمک روشهای عددی به تخمین نیروی درگ وارد بر بدنه زیردریایی پرداخت. او مراحل شبیه سازی را به صورت کامل در نرم افزار CFX شرح دادهاست.
-1 هندسه حل
شناور زیرسطحی مورد بررسی، زیردریایی سابوف میباشد که در موسسه دیوید-تیلور طراحی شده است. آزمایشهای هیدرودینامیکی در حوضچه-کشش این موسسه انجام شده و ضرایب هیدرودینامیکی این شناور به طریق آزمایشگاهی موجود میباشد.
