تحليل هيدروديناميكي شناورهاي تندرو با پله هاي عرضي - تحليل حساسيت شرايط بارگذاري به هواگيري پله هاي عرضي

Hydrodynamic Analysis of Stepped Planning Vessels - Sensitivity Analysis of Loading Condition to Air Breathing of Transvers Steps

تمايز اساسي بين شناورهاي دريايي سرشي و شناورهاي متداول جابجايي و شبه جابجايي، بهره گيري از نسبت نيروي هيدروديناميكي علاوه بر نيروي بويانسي است. ميدان فشار هيدروديناميكي ايجاد شده در كف اين شناورها باعث كاهش ارتفاع آبخور شناور و درنتيجه كاهش نيروي مقاومت در آنها مي شود. كاهش مقاومت هيدروديناميكي، دست يابي به سرعت هاي بالاتر به ازاي توان پيشبرنده معين را فراهم مي نمايد. يكي از روش هاي افزايش كارايي سطوح هيدروديناميكي كف بدنه در شناورهاي دريايي سرشي استفاده از پله هاي عرضي در محل مناسبي از كف بدنه مي باشد. طراحي صحيح موقعيت و ارتفاع پله هاي عرضي متناسب با موقعيت مركز جرم، شرايط بارگذاري و سرعت، امري مهم و حساس مي باشد. اين پله ها در صورت عدم تطابق با شرايط فوق الذكر مي توانند اثرات نامطلوبي بر هيدروديناميك شناور نيز داشته باشند. در اين تحقيق، به كمك ديناميك سيالات عددي ميدان و الگوي جريان روي يك شناور تندرو تك پله اي و دو پله اي در دوحالت شرايط صحيح كاربري و شرايط بارگذاري نامناسب تحليل شده است. براي بررسي توزيع دو فاز آب و هوا و مدل سازي اثر سطح آزاد از روش نسبت حجم (VOF) استفاده شده است. اين شبيه سازي ها براي مدل يك شناور واقعي بنام "كوگار" در دو حالت تك پله اي و با دو پله عرضي انجام گرفته است. براي اطمينان از صحت شبيه سازي ها، بررسي استقلال از شبكه و همچنين معتبرسازي نتايج با مدل آزمايشگاهي انجام گرفته است. تاكيد اين مقاله بر بررسي وضعيت هواگيري مناسب پشت پله هاي عرضي براي شناورهاي سرشي با تك پله عرضي و دو پله اي مي باشد. نتايج نشان مي دهند كه حساسيت رفتار هيدروديناميكي شناورهاي تندرو پله دار به بارگذاري، سرعت و زاويه تريم بسيار بيشتر از شناورهاي بدون پله مي باشد

Main difference between planning vessels, conventional displacement, and semi-displacement marine vessels is in their utilization hydrodynamic loads in addition to buoyancy force. The hydrodynamic pressure field on the bottom surface of planning vessels decreases the vessel draught and the thereafter their resistance. The resistance reduction introduces achieving higher speeds. One of the methods for improving hydrodynamic efficiency of planning vessels is utilization of transverse steps under their bottoms. Selecting their locations and heights has high sensitivity to loading conditions, speed, and center of gravity of the vessel. If proper design does not occur, it maybe followed by un-favorite effects. In this research, the flow field over the bottom of two stepped high speed planning vessels at different lading conditions were obtained, using CFD. VOF method was used for capturing the interface between water and air. Simulation was performed for one-step and two-step planning vessels of Cigar. For validating of the simulations, a grid-independency study and some comparisons with experiments are carried out. The emphasis of this study was on identification of the sensitivity of loading conditions on air-breathing of the transverse steps. The results show that the sensitivity is much higher than the traditional non-stepped planning vessels.