بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی ابعاد و قدرت یک شناور تندرو کاتاماران
چکیده
امروزه سرعت در شتاورهای تندرو فاکتور مهمی محسوب می شود و طراحان در تلاش هستند که با ابداعات جدید بتوانند به سرعتهای بالاتر دست یابند. برای افزایش سرعت و رسیدن به سرعت مطلوب سه پارامتر اساسی باید درنظرگرفته شود.
۱- طرحهای جدید جهت کاهش مقاومت
۲- سیستمهای رانش جدیدتر با راندمان بالاتر
۳- کاهش وزن
در این مقاله سعی شده است با توجه به خصوصیات شناورهای تندرو و از جمله آنها شناورهای کاتاماران روشی جهت
طراحی این شناورها ارائه شود و طراحی توسط نرم افزار VISUAL BASICصورت گیرد.
کلمات کلیدی
طراحی - کاتامارانس ضریب بر هم کنشی مقاومت لزجی - ضریب مقاومت موجی نیم بدنه ها
مقدمه
تقاضا برای شناورهای کوچک و تندرو در طی دو دهه اخیر افزایش یافته است بویژه دربخشی تفریحی و حمل و نقل
مسافر و انواع مختلف بدنه شناورها تکامل یافته اند مانند (انواع مختلف کاتامارانها و هیدروفویلها و ...) و از میان این
شناورها، کاتامارانها مورد توجه زیادی (بعلت مساحت وسیع عرشه، تعادل عرضی زیاد، مقاومت کمتر بعلت L/B
بیشتر)قرار گرفته اند.
با توجه به مطالب گفته شده برای طراحی یک شناور تندرو با هدف حمل مسافر در شرایط خلیج فارس (آبخور کم در
سواحل و با توجه به ساحل آلوده مانند تورهای ماهیگیری و... موجود در این منطقه، که برای حرکت شناورهایی مانند
هیدروفویل مناسب نیست ) بهترین انتخاب کاتامارانها می باشند. این شناورها در انواع مدلهای مختلف با حجم جابجایی
متفاوت در گستره وسیع طراحی و ساخته شده اند . برای طراحی این نوع شناورها مرجعی کامل برای محاسبات مقاومت
و توان این نوع شناور در دسترس نیست . با توجه به این که مقاومت کاتامارانها بعلت تاثیر متقابل دو بدنه مساله پیچیده
ای است برای طراحی این نوع شناورها مدلهای مختلفی ساخته می شود و ضرایب مقاومت در این آزمایشگاهها به دست
می آید و طرحهای بهینه جهت ساخت نمونه اصلی بکار گرفته می شود.
در این مقاله سعی شده است برای طراحی کاتامارانها از نمونه های آزمایشگاهی منتشر شده که در چند مدل مختلف و با
ترکیبهای متفاوت ساخته و آزمایش شده اند و مؤلفه های مقاومت آنها بدست آمده است استفاده شود.
۲ - مراحل طراحی
در این طراحی همانطور که در شکلهای (۱) و (۲) دیده می شود برای طراحی این نوع شناورها از چند نوع سری آزمایش
شده استفاده می نماییم. در این سری ها آزمایشات در اعداد فرود بالاتر از ۰٫۵ نیز انجام پذیرفته است. با توجه به عدم
اطلاعات منتشر شده در اعداد فرود بالاتر ۰٫۵ مرجع بسیار مناسبی برای طراحی شناورهای تندرو است. در این
سری ها پارامترهای 12-6:L/B و ضریب لاغری می باشند.
جزییات مدلها در جدول ۱ موجود است .مدلهای C5 .C4, 5C مدلهای در دست ساخت و ROund Bilge
هستند. نمونه های ۴ مدل اصلی در شکل ۱ دیده می شود.
با توجه به چهار نمونه موجود و اینکه فاصله بین دو بدنه در نمونه های آزمایش شده متفاوت می باشد پارامتر دیگری
مانند بS/L (فاصله بین عرض دو نیم بدنه به طول آبخور) تعریف می کنیم که در شکل ۲ دیده می شود.
با توجه به مشخصات چهار مدل موجود و اینکه چهار نسبت در مدلهای آزمایش در نظر گرفته
شده است کلا شانزده خطوط بدنه موجود است که با داشتن مشخصات ورودی برای طراحی مانند سرعت و حجم
جابجایی دیگر پارامترها مانند عرض بدنه ، آبخور، ضریب چاقی و ... دیگر پارامترها که در جدول ۱ معرفی شده است
بدست می آید و بدین ترتیب می توان مجموعه مناسبی برای طراحی صدها شناور که براساس این مدلها ساخته می شوند به دست آورد.
با توجه به نمای جانبی شناورها داریم
با داشتن مقادیر حجم جابجایی و سرعت می توان با انتخاب یک نمونه از چهار مدل و انتخاب مS/I می توان بااستفاده از
جدول ۱ (با توجه به اینکه نسبت طبق جدول مشخص است با جایگذاری نصف حجم جابجایی در
فرمول مقدار بI را به دست می آوریم) و سپس از جدول ۱ و با توجه به مدل انتخاب شده پارامترهای طول و عرضی نیم
بدنه و ضریب چاقی و ضریب منشوری و آبخور بدست می آید.
محاسبات توسط نرم افزار VISUAL BASIC تهیه گردیده است و می توان با وارد کردن هر سرعت دلخواه و وزن
جابجایی مقادیر ابعاد اصلی شناور را بدست آورد.
مثلا برای طراحی کاتامارانی با سرعت ۵۰ نات و وزن جابجایی ( TOnS 49)طبق جدول ۱ در ابتدای متن می توان با
انتخاب مدلی نظیر C3 مقادیر طول و عرض نیم بدنه و با انتخاب نS/L عرض شناور بدست می آید و نتایج بدست آمده
با نمونه های آماری که برای کاتامارانها وجود دارد مقایسه شده و تفاوت چندانی ندارد.محاسبه مقاومت و توان لازم در
قسمت ۳ آمده است .
۳- محاسبه مقاومت و توان
مقاومت کاتامارانها مساله پیچیده ای است که اثرات متقابل بین دو نیم بدنه به علاوه مقاومتهای هر کدام از دو نیم بدنه
۱- اثر لزجی که توسط جریان ناهمگن در اطراف نیم بدنه ها و بصورت لایه مرزی و گسترش گردابه ای ظاهر می
شود
۲- اثر موجی که از اثر متقابل دو سیستم موج نیم بدنه بوجود می آید
ضریب مقاومت کلی کاتامارانها از فرمول زیر بدست می آید
که در آن
CF : ضریب مقاومت اصطکاکی بدست آمده از ITTC57
CW : ضریب مقاومت موجی برای هر یک از نیم بدنه ها
نمایش دهنده اثر تغییرات فشار در اطراف نیم بدنه
از جمع مقاومتهای اصطکاکی موضعی روی سطح خیس بدست می آید
: ضریب بر هم کنشی مقاومت موجی
فاکتور فرم بدنه است که از جدول 2 بدست می اید
ضریب بر هم کنشی مقاومت لزجی
می توان را در ضریب بر هم کنشی مقاومت لزجی (B) ترکیب نمود
و در نتیجه فرمول ۳ به شکل زیر در می آید
لازم به ذکر است که برای هر بدنه به تنهایی می باشد
اگر مقاومت کاتامارانها را به دو بخش مقاومت نیم بدنه ها و مقاومت ناشی از اثر متقابل نیم بدنه ها تقسیم نماییم در مورد
