بررسی اثرات سطوح کنترل بر روی عملکرد پروانه دریایی

چکیده شناورهای زیردریایی امروزه کاربرد فراوانی در عملیات نظامی، کشف منابع نفتی، دریاشناسی و غیره دارند. پیش بینی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر شناور، به منظور کنترل دینامیکی آن و سپس انتخاب سیستم جلوبرندگی، جزء نیازهای اساسی طراحی شناور می باشد. در کار حاضر ابتدا جریان لزج، ترکم ناپذیر و مغشوش اطراف یک شناور زیر آبی با استفاده از یک نرم افزار تجاری و از روش حجم محدود مورد بررسی قرار گرفته است. جریان به صورت دائم فرض شده وحل عددی جریان با استفاده از یک شبکه بی سازمان، متشکل از 2800000 سلول انجام گرفته است. در این شبیه سازی ضرایب هیدرودینامیکی نیروهای وارد بر شناور در حرکت آن با سرعتهای مختلف در بازه 1 تا 24/8 متر بر ثانیه و همچنین بر حسب تغییر زاویه حمله جریان از 12- تا 12+ درجه، برآورد شده است. نتایج بدست آمده از کار حاضر که توافق خوبی با نتایج گزارش شده از یک مرکز پژوهشی دریایی دارند، نشان می دهند که ضریب درگ شناور در زاویه حمله صفر با افزایش عدد رینولدز جریان کاهش می یابد و ضریب لیفت شناور در یک سرعت ثابت با افزایش مقدار زاویه حمله، افزایش می یابد. بررسی میدان جریان در انتهای شناور نشان می دهد که فاکتور دنباله که بیانگر میزان کاهش سرعت متوسط سیال در انتهای شناور می باشد، با افزایش سرعت شناور در بازه سرعت مورد بررسی در حدود 15% کاهش می یابد. در بخش بعدی جریان اطراف یک پروانه پنج پره ای با استفاده از روش مش لغزان و به صورت غیر دائم مورد تحلیل قرار گرفته است. شبکه تولید شده در این بخش شامل 540000 سلول است که به صورت بی سازمان در اطراف پروانه توزیع شده است. این شبیه-سازی در دو حالت ورودی مختلف انجام گرفته است. درحالت اول جریان ورودی به صورت یکنواخت اعمال می شود ( شرایط آب باز) و در حالت دوم جریان غیریکنواخت انتهای شناور که از قسمت قبل بدست آمده است به عنوان ورودی پروانه در نظر گرفته می-شود. نتایج بدست آمده از کار حاضرکه از تطابق خوبی با نتایج حاصل از روش المان مرزی برخوردار است، نشان می دهند که ضرایب نیروی محوری و گشتاور وارد بر پروانه با افزایش ضریب پیشروی کاهش می یابند. بررسی توزیع نیروی محوری تولید شده در طول شعاع پره ها نشان می دهد، 40% خارجی پروانه بیشترین سهم را در تولید نیروی محوری بر عهده دارد و این در حالی است که 20% ابتدایی پروانه کمترین سهم را داراست. بررسی جریان اطراف پروانه در جریان غیر یکنواخت حاصل شده از حرکت شناور در یک سرعت مشخص نشان می دهد که ضرایب هیدرودینامیکی پروانه در این حالت بیشتر از ضرایب متناظر در جریان یکنواختی معادل با سرعت شناور می باشند.