طراحی بدنه ایرشیپ ها و زیر دریائی ها


در طراحی بدنه ایرشیپ‌ها و زیر دریائی‌ها نكات زیادی مورد توجه قرار می‌گیرد كه مهمترین آنها قدرت جلوبرندگی است كه به مقدار زیادی بستگی به درگ اصطكاكی رویبدنه ایرشیپ دارد و 3/2 درگ كل را شامل می‌شود. كاهش كوچكی در این درگ باعث صرفه جویی قابل توجهی در سوخت می‌شود و یا می‌تواند باعث افزایش ظرفیت حمل و ابعاد ایرشیپ شود.

اولین بهینه سازی عددی شكل، توسط پارسنز [1] انجام شده است. روش محاسبه در قالب یك پنل كد[2] می‌باشد كه با یك روش لایه مرزی كوپل شده است. زدان [3] یك توزیع محوریاز چشمه و چاه را برای نشان دادن میدان جریان اطراف یك جسم معرفی می‌كند. قدرت (شدت) به صورت خطی روی هر المان طول توزیع می‌شود.

در روند محاسباتی آیرودینامیكی ابتدا یك بدنه دوار با ماكزیمم قطر ثابت و نسبت فایننس [4] ثابت تعریف می‌شود.پروفیل بدنه و توزیع سرعت جریان غیر لزج توسط روشهای غیر مستقیم حل جریان پتانسیل بدست می‌آید. پروفیل این بدنه باید به گونه‌ای باشد كه در جریان یكنواخت موازی با محور بدنه، لایه مرزی دچار جدایش نشود. با این قید، درگ توسط تغییر در شكل پروفیل بدنه كاهش می‌یابد. محدودیت در عدم جدایش لایه مرزی باعث حذف درگ فشاری می‌شود و درگ كلی منحصر به نیروهای ویسكوز در لایه مرزی می‌شود. لایه مرزی به سه ناحیه آرام گذرا [5] و درهم تقسیم می‌شود. برای محاسبه لایه مرزی آرام از متد توویتس[6] استفاده شده كه بر اساس رابطۀ مومنتوم می‌باشد. ناحیه گذرا در محاسبات به صورت یك نقطه در نظر گرفته می‌شود كه در آن ضریب شكل به طور ناگهانی از آخرین مقدار در ناحیه آرام به اولین مقدار در ناحیه درهم تغییر می‌كند. از آنجا كه محل گذر به عواملی مانند: زبری سطحی، سر و صدا، لرزش و غیره بستگی دارد كه كنترل آنها مشكل است در بیشتر تحقیقات این ناحیه را به صورت دلخواه بین سه تا ده درصد طول بدنه در نظر می‌گیرند.

محاسبات لایه مرزی مغشوش بر اساس یك روش ساده انتگرالی معادله مومنتوم بنا شده است،كه توسط شینبروك[7] و سامنر [8] برای جریان با تقارن محوری بدست آمده است. از آنجا كه لایه مرزی مجاز به جدایش نیست درگ از نقصان مومنتوم در انتهای لایه مرزی محاسبه می‌شود.

حل این مسأله در ساخت اژدرها، زیر دریائی‌ها و ایرشیپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بعضی از این گونه‌ها پروفیل بدنه را به صورت یك یا دو چند جمله‌ای از درجات مختلف نشان می‌دهند و شامل پارامترهایی مانند شعاع در دماغه و انتهای دم محل نسبی قطر ماكزیمم و شعاع طولی در آن نقطه و شیب دم هستند. بوسیله تغییر در بعضی یا همه این پارامترها در شكلهای مختلف درگ كاهش یافته است. دیگران سعی كرده‌اند كه مستقیما از كپی پروفیل بدنه ماهی‌های پرسرعت و پرندگان این كار را دنبال كنند. نتیجه تمام این تلاشها منجر به طبقه بندی بدنه هایی با درگ پایین شده است

فهرست مطالب:

چكیده

 فصل اول

مقدمه و مطالعات پیشین

1-1 مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته

1-1-1 مدل آیرودینامیكی

فصل دوم

معادلات حاكم و روش حل عددی

2-1 مقدمه

2-2 محاسبات لایه مرزی

2-2-1 محاسبات لایه مرزی آرام

2-2-2 محاسبات ناحیه گذرا

2-2-3 محاسبات لایه مرزی درهم

2-2-4 روش محاسبه درگ

2-2-5 معیار جدایش

 فصل سوم

الگوریتم و برنامه به همراه ورودی و خروجی های برنامه

3-1 روند محاسبه درگ

 3-2 الگوریتم محاسبات لایه مرزی آرام

3-3 الگوریتم محاسبات ناحیه گذرا

3-4 الگوریتم محاسبات لایه مرزی درهم و ضریب درگ

3-5 برنامه كامپیوتری به زبان فرترن

3-6 ورودی و خروجی های برنامه برای پروفیل های بدنه شماره 1 تا 7

3-6-1 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1

3-6-2 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1

3-6-3 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2

3-6-4 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2

3-6-5 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3

3-6-6 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3

3-6-7 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4

3-6-8 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4

3-6-9 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5

3-6-10 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5

3-6-11 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 6

3-6-12 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 7

3-6-13 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 6و7

 فصل چهارم

ارائه نتایج و بحث و مقایسه

4-1 مقدمه

4-2 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 1

4-3 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 2

4-4 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 3

4-5 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 4

4-6 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 5

4-7 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 6و7

4-8 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 1

4-9 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 2

4-10 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 3

4-11 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 4

4-12 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 5

4-13 مقایسه ضریب درگ

فصل پنجم

نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1 نتیجه گیری

5-2 پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده

 فهرست مراجع

 پیوست"الف"

واژه نامه

فهرست جداول

عنوانصفحه

جدول 3-1 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1

جدول 3-2 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1

جدول 3-3 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2

جدول 3-4 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2

جدول 3-5 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3

جدول 3-6 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3

جدول 3-7 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4

جدول 3-8 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4

جدول 3-9 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5

جدول 3-10 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5

جدول 3-11 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 6

جدول 3-12 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 7

جدول 4-1 ضریب درگ برای پروفیل‌های بدنه یك تا پنج

فهرست اشكال

عنوان صفحه

شكل 1-1 پروفیلهای بدنه با كمترین درگ

شكل 1-2 مدل آیرودینامیکی

شكل 1-3توزیع المانهای سینگولاریتی محوری و شدت در21 نقطه طول بدنه

شكل 3-1 پروفیل بدنه شماره 1

شكل 3-2 پروفیل بدنه شماره 2

شكل 3-3 پروفیل بدنه شماره 3

شكل 3-4 پروفیل بدنه شماره 4

شكل 3-5 پروفیل بدنه شماره 5

شكل 3-6 پروفیل بدنه شماره 6

شكل 3-7 پروفیل بدنه شماره 7

شكل4-1 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1

شكل4-2 منحنی تغییرات ضریب شكل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1

شكل4-3 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1

شكل4-4 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1

شكل4-5 منحنی تغییرات ضریب اصطكاك سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1

شكل4-6 منحنی تغییرات عدد رینولدز(كه براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 1

شكل4-7 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2

شكل4-8 منحنی تغییرات ضریب شكل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2

شكل4-9 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2

شكل4-10 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2

شكل4-11 منحنی تغییرات ضریب اصطكاك سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2

شكل4-12 منحنی تغییرات عدد رینولدز(كه براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 2

شكل4-13 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3

شكل4-14 منحنی تغییرات ضریب شكل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3

شكل4-15 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3

شكل4-16 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3

شكل4-17 منحنی تغییرات ضریب اصطكاك سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3

شكل4-18 منحنی تغییرات عدد رینولدز(كه براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 3

شكل4-19 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4

شكل4-20 منحنی تغییرات ضریب شكل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4

شكل4-21 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4

شكل4-22 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4

شكل4-23 منحنی تغییرات ضریب اصطكاك سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4

شكل4-24 منحنی تغییرات عدد رینولدز(كه براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 4

شكل4-25 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5

شكل4-26 منحنی تغییرات ضریب شكل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5

شكل4-27 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5

شكل4-28 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5

شكل4-29 منحنی تغییرات ضریب اصطكاك سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5

شكل4-30 منحنی تغییرات عدد رینولدز(كه براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 5

شکل 4-31 نتایج بدست آمده توسط لوتز و واگنر برای ضریب درگ به روش اپلر