بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سعی شده است تا به منظور فرآیند طراحی و ایجاد هندسه پروانه از روش شناخته حل معادلات مشتق جزئی PDE استفاده شود و همچین استفاده از این روش برای هندسه های پروانه های دریایی موجود نیز شرح داده شده است.غالبا سطح پرههای پروانه به وسیله برازش سطوح از یکسری منحنیهای - b-spline - که از مقاطع مختلف پره گذر کرده است ایجاد میشوند. روش حل معادلات مشتقات جزئی برای حل مسائل مقدار مرزی استفاده شده که به تبع آن میتوان نشان داد چگونه سطوح ایجاد شده به وسیله برازش برای نشان دادن پرههای پروانه استفاده میشوند. این امر به وسیلهی پارامتری کردن مقاطع پره که در طول اسپن تغییر میکنند انجام میشود. مزیت این روش این است که اولا سطوح تولید شده کاملا یکنواخت بوده در ثانی سطوحی تولید کرده باشیم که به وسیله ی پارامتر های دقیق تر قابل کنترل باشند. درنهایت بیان خواهد شد که استفاده از این پارامترها موجب بهبودی در عملکرد پروانه از جمله بازده و میزان کاویتاسیون خواهد شد.
مقدمه
هدف از این مقاله آمیختن هندسه پروانههای دریایی متداول و توابع مربوط به طراحی سطوح این هندسه به وسیله روش شناخته شده حل معادلات مشتق جزئی و استفاده از شرایط مرزی مرسوم برای پروانه ها می باشد. این مسئله بدین معناست که سطوح مورد نظر ایجاد شده و سپس به وسیله شرایط مرزی در معادلات یاد شده برخی توابع مانند تراست پروانه ، کاویتاسیون و ... کنترل خواهد شد. اگر هندسه مورد نظر به کمک کامپیوتر تولید شود در این صورت برخی از خواص مدل فیزکی پروانه و همچنین سیال اطراف آن را نیز می توان به کمک کامپیوتر ایجاد و تحلیل کرد.[6] ازجمله روش های مورد استفاده برای این مهم می توان به روش سطوح بالابر2،روش المان مرزی3 اشاره کرد.[2]
همچنین برای سطوح یکسان پره های تولید شده می توان ویژگی های جریان عبوری از اطراف پروانه را به وسیله روش المان مرزی محاسبه نمود . از جمله این ویژگیهای جریان میتوان به توزیع فشار در سطح پروانههای تولید شده و همچنین تراست وضرایب مربوط به آن میتوان اشاره کرد. ارزیابی این ویژگیها یک امر ضروری برای هندسه پرههای پروانه دریایی میباشد که به وسیله مدلهای ابتدایی رایانهای به درستی نمیتوان آنها را بهینه کرد ، از طرفی تست حوضچه کشش نیز بدون وجود یک مدل فیزیکی غیر ممکن بوده که از لحاظ هزینه محدودیتهایی ممکن است وجود داشته باشد ، که این عوامل دلالت بر استفاده از مدل های ریاضی و بهینه سازی پارامتر های موثر به وسیله روش های عددی و روابط موجود میکنند.[7] از دیگر مواردی که می توان آن را تا حدودی به وسیله پارامتر های موجود در معادلات کنترل نمود پدیده کاویتاسیون بوده چرا که تکرار این پدیده در پره های پروانه علاوه بر ایجاد نویز و ارتعاش ایجاد تخریب های سازه ی بر روی پروانه نیز خواهد کرد.[5]
-1مروری بر روش طراحی به وسیله کامپیوتر
در حالت کلی روش های متفاوتی برای ایجاد سطوح پروانه وجود دارد که برای هر یک از آن ها می توان ارتباط و تفاوتش را با روش PDE را توضیح داد . طراحی به وسیله کامپیوتر 4 - CAD - روشی است که در آن برای ایجاد یک مدل سه بعدی از هندسه مورد نظر استفاده میشود که از مزایای این روش میتوان به بهبود نقشههای ایجاد شده از هندسه و ایجاد یک سیستم بهینه برای تولید و ماشینکاری اشاره کرد. [4]
-2روشهای تولید سطوح
عموما سطوح سه بعدی به وسیله عبور دادن منحنی ها از از مرزهای مشخص ایچاد میشوند. بنابراین از این روش برای تولید بسیاری از سطوح میتوان استفاده نمود اما محدودیت هایی نیز در این روش وجود دارد به عنوان مثال از این روش برای تولید سطوحی که نیازمند پارامتری شدن در نقاط مختلف بوده همانند سطح یک خودرو و یا اشکال آزاد6 نمی توان استفاده کرد.4]
-4طراحی هندسه پروانه
قبل از پرداختن به هندسه های متداول پروانههای دریایی لازم است به چگونگی طراحی سطح به روش معادلات مشتق جزئی بپردازیم. این روش در واقع برای تولید سطح همانند یک مسئله مقدار مرزی میباشد. لذا برای ایجاد یک سطح بسته ما نیازمند اعمال شرایط مرزی در u=u0 و u=u1 هستیم. این مقادیر مرزی نشان دهندهی ریشه و نوک پره های پروانه میباشند. هندسه پره پروانه ها اغلب به صورت دادههای دو بعدی در مقطع پره و در طول اسپن بیان میشود و این مقادیر به نیروی لیفت مورد نیاز برای پروانه بستگی دارد. این مقاطع با عملکرد هیدرو دینامیکی پروانه در ارتباط بوده و این مقاطع را معمولا از روی سریهای NACA انتخاب میشوند.[2]
