بخشی از مقاله
چکیده
بدون شک یکی از فاکتورهای مهم برای راندن شناورهای سطحی و زیرسطحی، استفاده از سامانه پیش برنده پروانه ای است، در این مقاله ارزیابی و عملکرد پروانه ای از سریB و پروانه اسکیودار برای یک زیرسطحی با استفاده از جداول هیدرودینامیکی ارائه شده است، در این مطالعه یک پروانه معمولی و یک پروانه بازاویه اسکیوبالا که داری 5 پره می باشد برای زیرسطحی 125 تنی، با سرعت10 گره دریایی براساس فاکتورهای لازم انتخاب شده است.
نتایج بدست آمده نشان می دهد که پروانه با زاویه اسکیوبالا، باعث می شود نیروها و گشتاورهای متغیر وارد بر تراست بیرینگ کاهش پیداکند، فشارهای نوسانی ناشی از چرخش پروانه و عکس العمل آب بر روی پره ها کاهش یابد و قابلیت حداکثر دور پروانه تا نقطه شروع کاویتاسیون افزایش یابد، این مزایا که ذکر گردید بدون اینکه در راندان پروانه تاثیر منفی ایجاد شود حاصل می گردد و فقط کمی در بازدهی رو به عقب پروانه تاثیر منفی دارد.
مقدمه
امروزه درکشورهای صنعتی، تکنیکهای متعددی جهت طراحی و ساخت پروانههای دریایی به کارگرفته میشوند و طراحان همواره سعی در بهینه نمودن عملکرد پروانه های دریایی داشته اند، روش رایجی که امروزه نیزبرای طراحی پروانه استفاده میگردد طراحی با استفاده ازسریهای استاندارد پروانه می باشد، بدین طریق بعلت پیچیده بودن شرایط فعالیت پروانه در دریا از نتایج تست مدلهای پروانه در حوضچه های کشش برای طراحی پروانه استفاده می شود، اما نیاز به پروانه هایی که قادر به جذب هرچه بیشتر انرژی و تولید نیروی تراست بیشتر باشند، صرفا با اتکای به چندین سری پروانه که در مشخصاتی نظیر تعداد پرهها، نسبت سطح پره دارای محدودیت می باشند، برطرف نمیگردد .
این موارد سبب آن شده است که امروزه از روش طراحی مستقیم پروانه استفاده گردد، در این روش ازتئوری های ارائه شده در خصوص طراحی پروانه استفاده می گردد، این روشها بر مبنای اصول هیدرودینامیک پایهگذاری شدهاند، دراین مقاله ابتدا از روش اول و متداول طراحی پروانه یعنی استفاده از سریهای پروانه جهت انتخاب یک پروانه مناسب برای یک شناور زیر سطحی فرضی استفاده شده است. بدین منظور سری استاندارد بی- واگنینگ درنظر گرفته شده است و نمودارهای هیدرودینامیکی لازم استخراج شده است، سپس پروانه انتخابی با یک پروانه با زاویهاسکیو بالا و با مشخصات مشابه مقایسه میگردد.
فعالیت و اقدامات اصلی طرح تحقیق
شناور مفروض یک شناور زیرسطحی تحقیقاتی با هدف تحقیقات زیست محیطی است ، در ادامه به مشخصات این شناور پرداخته و روش انتخاب پروانه گام به گام بررسی می گردد، مشخصات ابعادی و هیدرودینامیکی شناور زیرسطحی انتخابی به شرح جدول1و2 میباشد، در شرایط عمقی تنها مولفه مقاومت کلی فقط مقاومت ویسکوز - مقاومت اصطکاکی و مقاومت فرم - می باشد و در شرایط سطحی علاوه بر مقاومت ویسکوز، مولفه دیگری به نام مقاومت موج سازی نیز وجود دارد، قاسمی و سایبانی درسال 1389 بر روی عملکرد پروانه اسکیودار درعمق زیاد و تحلیل عددی پارامترهای هیدرودینامیکی آن مطالعه نمودند.
-1-2 طراحی پروانه :
پروانه های دریایی در شرایط کاری یکنواختی عمل نمی نمایند بلکه شرایط عملکرد پروانه و الگوی جریان عبوری از پروانه به صورت پیوسته برحسب شرایط دریا تغییر می کند. بنابراین پیچیدگی الگوی جریان عبوری از روی پروانه و بین پره ها باعث ایجاد مشکلات اساسی در طراحی پروانه و پیشگویی مشخصات آن می گردد - 5 - ، در ابتدا گفتیم که یک راه حل اولیه برای مقابله با این مشکل استفاده از نتایج آزمایشات مدلی سریهای پروانه در تانکهای کشش است، مدلهای مختلف پروانه ها درچنین آزمایشهایی برحسب ابعاد نسبت سطح گسترش یافته - AE/Ao - ، تعداد پره ها - Z - و مشخصه هایی نظیر نسبت گام به قطر - - P/D، طرح پره ها، شکل مقاطع پره ها و ضخامت پرهها تغییر مینماید. تاکنون مدلهای متعددی از پروانه های آزمایش شده منتشر شده است.
-2-2 طراحی به کمک سری پروانه های B-Wageningen
اساس روش طراحی پروانه به روش سریB بر سعی و خطا استوار است، به دین ترتیب که ابتدا با در اختیار داشتن اطلاعات اولیه شناور،قطرنسبی و نسبتسطح گسترش یافته پروانه را حدس میزنیم سپس با کمک نمودارها و محاسبات لازم پارامتر های بعدی را بدست میآوریم و مقدار نیروی تراست و گشتاور بدست آمده را بررسی و با مقدار موردنظر اولیه مقایسه کرده و باز تصحیحات لازم رانجام داده و مجددا مراحل مذکور را دنبال می کنیم تا به نیروی تراست و گشتاور دلخواه برسیم، در گام بعد عدد کاویتاسیون را بررسی نموده و درصورتی که شرایط عدم کاویتاسیون برقرار بود، پروانه مذکور را انتخاب مینماییم - 3 - ، در این تحقیق روند اجرایی فوق بوسیله نرم افزار Excel انجام شده است و با توجه به توضیحات داده شده و مراجعه به جداول سری - 9 - B، حلقه بررسی و انتخاب پارامتر ها چند بار تکرارگردید که ماحصل نتایج بهشرح زیر میباشد:
- حداکثر دور پروانه طبق جدول شماره1 برابر با 233 دور بر دقیقه در حالت زیر سطحی میباشد، همچنین قطر پروانه با توجه به آبخور 2.5 - متر - برابر با 0.6 مقدار آبخور در نظر گرفته شده است که برابر میشود با 1.5 متر. - - n=233 , D=2.5*0.6=1.5m
- تعدادپره پروانه ها معمولا عددی فرد است - 4 - ، ما در اینجا 5 پره را انتخاب می کنیم - Z=5 -
- نسبت سطح گسترش یافته نیز بعد از چند بار بهینه سازی برابر با 0.7 انتخاب گردید - AO/AE = 0.7 -
- مقدار ضریب ویک برای بدنه با توجه به سرعت آن برابر با 0.2 در نظر گرفته می شود، بارچر و ریدیل در سال 1994 نشان دادند ضریب ویک با دماغه بیضی گون، پاشنه دوکی شکل و ضریب کشیدگی نسبی بدنه بیشتر از 6/5 ، برابر با 0/2 می باشد.
- نسبت گام به قطر پروانه نیز باید توسط طراح و طبق دانش فنی و تجربه لازم انتخاب گردد تا شرایط ورود به جدول و انتخاب پروانه محیا شود لذا این مقدار را باید طوری انتخاب نمود تا هم نیروی تراست موردنظر تامین گردد و هم با توجه به دور پروانه باعث کاویتاسیون نشود، ما این مقدار را پس از دوبار طی حلقه طراحی، برابر با 1/3انتخاب نمودیم. - P/D=1.3 -
- شرط آخر برای ورود به جدول، محاسبه مقدار ضریب پیشروی پروانه میباشد.
- فاز ورود به جدول و انتخاب پروانه نیز ممکن است چندین بار انجام گردد تا نتایج حاصل - مقدار ضریب تراست و ضریب گشتاور بدست آمده از جدول - و سپس محاسبه مقدار نیروی تراست مورد نیاز پروانه و نیروی گشتاور لازم برای چرخش پروانه محیا گردد.
