مدل‌سازي عددي مانور دايروي شناور تندرو تونل‌دار به منظور بررسي تاثيرات سرعت و زاويه سكان بر روي پارامترهاي مانور

Numerical Modeling of High-Speed Tunneled Hull Turning Circle Maneuver for Investigating the Speed and Rudder Angle Effects on Maneuver Parameters

تقاضا براي شناورهاي تندرو با توجه به كاربردهاي مختلف، افزايش يافته است. كاهش نيروي مقاومت براي دستيابي به سرعت‌هاي بالا، از اهداف مهم در راستاي طراحي شناورهاي تندرو است. ايجاد تونل‌هاي جانبي طولي در بدنه باعث كاهش نيروي درگ مي‌شود؛ اما طراحي شناور تنها با هدف كاهش مقاومت درست نبوده، بررسي پايداري و مانور نيز از فاكتورهاي مهم است. در مقاله حاضر، با شبيه‌سازي عددي مانور دايروي به عنوان يك مانور استاندارد، كارايي شناور تونل‌دار مورد بررسي قرار گرفته است. دليل به‌كارگيري روش عددي، دقت بالا و قابل قبول در مقايسه با مدل‌هاي رياضي و هزينه كم‌تر نسبت به آزمون‌هاي تجربي است. از بين تكنيك‌هاي مختلف، در اين كار با در نظر گرفتن حركت مش به همراه شناور و تركيب تكنيك مش لغزشي و حركت انتقالي ناحيه به عنوان روشي كارا به مدل‌سازي مانور شناور پرداخته شد. از مزاياي اين تكنيك، كاهش زمان محاسبات و افزايش دقت حل است. گسسته‌سازي معادلات از نوع حجم محدود بوده، در شبيه‌سازي آشفتگي از مدلk-ω استفاده مي‌شود. در مدل‌سازي سطح آزاد نيز مدل مختلط به روش سطح آزاد ترجيح داده شد. روش حل با نتايج تجربي يك شناور تك‌بدنه اعتبارسنجي شد. در بخش نتايج با ارائه‌ي مسير حركت شناور در آزمون‌هاي مختلف، تاثير زاويه سكان، نيروي تراست و مود حركتي شناور بر پارامترهاي مانورپذيري شناور تونل‌دار بررسي مي‌شود. نتايج نشان از بهبود مانورپذيري شناور تندروي تونل‌دار با نزديك شدن به مود پروازي دارد؛ به‌طوري‌كه با افزايش سرعت و در نزديكي مود پروازي، قطر تاكتيكي تا 7.5 درصد نسبت به مود جابه‌جايي كاهش مي‌يابد.

Demands for high speed vessels are increasing due to various usages. Reducing the resistance to achieve high speeds is an important objective in design of high speed crafts. Creating longitudinal side tunnels in the hull causes resistance reduction. Designing the boat is not right only for reducing drag force; stability and maneuverability are also important factors. In this paper, high speed tunneled hull performance is evaluated considering numerical simulation of turning circle maneuver as a standard maneuver. The numerical approach is implemented due to high and acceptable accuracy compared with mathematical models and lower cost compared to experimental tests. Among the various techniques, modeling of maneuver of the boat was performed by considering mesh movement with boat and combination of sliding mesh and movement of domain as an effective method. Reducing computation time and increasing the accuracy of solution is of its advantages. Finite volume method and k-ω model is used respectively for discretization equations and simulation of turbulence. In free surface modeling, mixture model was preferred instead of free surface model. Solution methodology was validated using experimental results of a single-hull boat. Path of the boat in various tests was presented in the result section, considering the effect of angle of rudder, thrust and movement mode of the boat on the maneuver parameters. The results show enhancing maneuverability of the boat by approaching the planing mode so that by increasing the speed and closing to planing mode, tactical diameter is reduced up to 7.5% compared to the displacement mode.