بخشی از مقاله
چکیده
در میان حرکات شناور کاهش دامنه و افزایش فرکانس حرکات شناور در راستای رول، پیچ و هیو از اهمیت بسزایی برخوردار است. در سالهای اخیر که تجهیزات پایدارساز جدیدی ابداع نشده است، محققان به توسعه روشهای کنترل این حرکات روی آوردهاند. حرکت رول شناور در این مهمتر از بقیه مورد بررسی قرار گرفته است، زیرا تاثیر بیشتری در راحتی خدمه، مسافران و انجام برخی از عملیاتهای شناورهای نظامی دارد.
در این تحقیق سعی شده است تا با حل معادلات حرکت شناور تک بدنه با در نظر گرفتن شرایط باد و موج در 6 درجه آزادی تحلیل دقیقتری از حرکت شناور در هنگام پایداری رول شناور به وسیله ژایرواستابلایزر و جابجایی جرم متحرک به صورت اکتیو حاصل نمود. در پایان با مقایسه معیارهای استاندارد ناتو برای انجام برخی از عملیاتهای نظامی، میزان اثربخشی پایداری رول در انجام عملیاتهای نظامی شناور بررسی خواهد شد.
-1 مقدمه
در مقدمه اولین بار در اواسط قرن 19 میلادی بود که حرکت رول شناورها مورد توجه قرار گرفت. با حذف اختراع موتورهای بخار و حذف بادبانها به عنوان نیروی محرکه تغییرات اساسی در جانمایی شناورها حاصل شد و بهینه سازی حرکات عرضی شناور پس از این تغییرات قابل توجه گشت. در طول دو قرن تجهیزات مختلفی برای پایداری رول شناور ابداع شد ولی آخرین روش در سال 1970 میلادی ابداع شد که در آن از سکان برای کاهش حرکت رول شناور استفاده شد. پس از آن توسعه روشهای کنترلی مورد توجه بیشتری قرار گرفت.
تجهیزاتی که از طریق اثرات هیدرودینامیکی باعث کاهش رول میشوند عبارتند از تیر اصلی خن، بالک، کنترل سکان و تریم تب که در داخل آب قرار دارند و تجهیزاتی که داخل شناور قرار دارند و باعث پایداری رول میشوند عبارتند از ژایرو استابلایزر و جابجایی جرم - جابجایی مایع در مخازن یو شکل و جابجایی جسم جامد - که با آب خارج شناور تماس ندارند. هریک از سیستمهای مذکور دارای معایب و مزیتهایی میباشند، سیستمهای خارجی در حالت سکون کارایی نداشته و درگ هیدرودینامیکی ایجاد می کنند ولی سبک بوده و جرم کمی دارند، در مقابل سیستمهای داخلی در حالت سکون نیز کارآمد بوده و بجای آن جرم و قیمت بالاتری دارند. - 1 -
مطابق با استاندارد ناتو در برخی از عملیاتها در شناورهای نظامی محدودیتهایی در میزان حرکات رول، پیچ و هیو شناور وجود دارد. از جمله در در عملیاتهای تیکآف و فرود هلیکوپتر، جابجایی هلیکوپتر بر روی عرشه، جابجایی با اتصال بین دو شناور، پرتاب موشکهای هدایت شونده، پرتاب اژدر، شلیک توپ ، جابجایی مهمات و ... حرکات شناور بایستی کنترل و پایدار شود . - 2 -
در این تحقیق سعی شده است با استفاده از کنترل دو تجهیز ژایرواستابلایزر و جسم جابجاشونده به صورت اکتیو حرکت رول یک شناور را در محدوده عملیاتی پایدار نمود. حل معادلات حرکت در 6 درجه آزادی و رصد تمامی حرکات شناور در این تحقیق مورد انتظار است. برای حل معادلات 6 درجه آزادی حرکت شناور، شبیهسازی شرایط محیطی شامل در نظر گرفتن طیف نامنظم امواج دریا و باد بوده و در شبیه سازی دینامیک شناور، نیروها و گشتاورهای سکان، پروانه، جسم جابجاشونده، ژایرواستابلایزر و همچنین مقاومت استاتیکی و دینامیکی شناور محاسبه شده است.
-2 روش تحقیق
در این تحقیق از نرم افزار برنامه نویسی متلب ویرایش2012 برای برنامه نویسی معادلات حرکت کشتی و حل آن استفاده شده است و برای صحه گذاری کدنویسی انجام شده پارامتر مجدور میانگین مربعات1 از نرم افزار maxsurf و کد برنامه متلب با یکدیگر مقایسه شدهاند تا خطای کد نوشته شده در برنامه متلب بدست آید.
-3 فعالیت و اقدامات اصلی طرح تحقیق
1-3 بررسی اثر موج
نیروها و گشتاورهای اعمال شده به شناور از طرف امواج نامنظم به صورت تابعی از زمان در نظر گرفته شده اند. طیفهای چگالی انرژی بیانگر مقدار انرژی امواج در فرکانسهای مختلف میباشند که درآبهای عمیق برای حالت موج کاملا توسعه یافته بصورت روابط استاندارد پیشنهاد میگردند. انتخاب مدل طیف استاندارد، به خصوصیات منطقه مورد مطالعه وابسته می باشد برای این منظور طیف های پیشنهاد شده مورد بررسی قرار گرفته اند تا طیف مناسب برای داده های خلیج فارس انتخاب گردد.
که xn فرکانس جزء n ام است، Fi دامنه نیرویی به ازای دامنه موج A برای n امین جزء است و μ0 فرکانس موج متوسط و δ2 واریانس میباشد. ارتفاع مشخصه موج1 متر، دوره تناوب متوسط موج 4 ثانیه، زاویه هدینگ 90 درجه، فرکانس زاویه ای مشخصه 4 هرتز، گام فرکانس زاویه ای 0/08 هرتز و ضریب نیرویی موج : 000،100 نیوتن فرض شده است.
2-3 بررسی اثر باد
ضرایب باد بر اساس تئوری صفحه هلمولتز -کیرشهف توسط بلندرمان در سال 1994 محاسبه شدهاند. بارهای وارده از طرف باد بوسیله 4 پارامتر اصلی محاسبه میشوند که عبارتند از: مقاومت عرضی CDt و طولی CDl، پارامتر نیروی عرضی و فاکتور گشتاور رول .k با فرض مرکز مساحت برخورد جانبی به صورت رابطه - 4 - که بالای خط آبخور قرار دارد، ضرایب باد به صورت رابطه - 5 - بدست آمده است. در نهایت پس از جایگذاری در فرمول بالا گشتاورها و نیروهای باد به دست خواهند آمد.
