پیشرانش هیدرودینامیکی
معرفی
در طراحی و ساخت یک شناور تندرو یکی از مهم‌ترین مراحل، انتخاب یک سیستم پیشرانش و در کنار آن انتخاب پروانه‌ای مناسب می‌باشد. در حال حاضر در بخش پیشرانش دریایی در گروه انرژی‌های دریا پایه تمرکز بر سیستم‌رانش های سطحی با پروانه‌های نیمه مغروق می‌باشد. هدف از تحقیقات در این زمینه دستیابی به مناسب ترین سیستم رانش برای شناور‌های تندرو با داشتن مناسب‌ترین ضرایب هیدرودینامیک می‌باشد. برای دستیابی به این هدف از ابزار و روش‌های مختلفی بهره گرفته می‌شود. بخشی از این مراحل روش‌های تجربی و آزمایش مدل‌های ساخته شده در تونل کاویتاسیون سطح آزاد می‌باشد و بخش دوم انجام حل‌های نیمه تجربی و شبیه سازی های عددی برای بدست آوردن ضرایب هیدرودینامیکی، توسعه الگوریتم طراحی پروانه و اعتبار سنجی با آزمایش‌های تجربی می‌باشد.
در ارتباط با دستگاه تونل کاویتاسیون سطح آزاد و تجهیزات آزمایش تجربی، در بخش تجهیزات، به طور کامل توضیح داده شده است.
اهداف طراحی پروانه
۱. تولید تراست لازم ۲. گشتاور پائین و راندمان بالا
۳. عدم کاویتاسیون ۴. دارای استحکام متناسب
پروانه‌های نیمه مغروق
پروانه‌های نیمه‌مغروق نوع ویژ‌ه‌ای از پروانه‌های سوپر کاویتاسیونی هستند که در شرایط نیمه‌مغروق عمل می‌کنند. این نوع پروانه‌ها طوری طراحی گردیده‌اند که بهترین عملکرد و بیشترین راندمان را در بالاترین سرعت دارند. مزایای پروانه‌های نیمه‌مغروق باعث شده که اکثر شناور‌های تندرو از این نوع پروانه‌ها استفاده نمایند.
مهم‌ترین پارامترهای موثر در رفتار پروانه‌های نیمه‌مغروق شامل؛ ویژگی‌های هندسی، مانند تعداد پره، نسبت گام، نسبت سطح گسترش‌یافته، زاویه کجی، زاویه شلاقی، مقطع پره، و نیز ویژگی‌های فیزیکی، مانند زاویه عمودی شفت، زاویه عرضی شفت، ضریب پیشروی، نسبت مغروقیت و اعداد بی‌بعد رینولدز، کاویتاسیون، وبر و فرود می‌باشند.
روش‌های تجربی و آزمایش‌های مدل
روش‌های متفاوتی از جمله حل‌های عددی، آزمایش‌های تجربی، روابط نیمه‌تجربی و غیره برای محاسبه این ضرایب وجود دارد. با توجه به مشکلات مدل‌سازی و روش‌های حل‌های عددی در این پروژه از داده‌های آزمایش‌های تجربی استفاده شده است. به دلیل نبود امکانات آزمایش پروانه‌های نیمه‌مغروق در ایران، گروه پژوهشی مذکور با تحقیقات گسترده برای اولین بار در ایران طراحی و ساخت تونل کاویتاسیون سطح آزاد را انجام داده است.
پروانه‌های موردنظر در این روش پس از انتخاب پارامترهای مورد نظر و مقیاس بندی ساخته می‌شوند و در مقطع تونل کاویتاسیون در شرایط مورد نظر آزمایش نصب و مورد آزمایش قرار می‌گیرند. در نهایت با استفاده از نرم افزار Labview خروجی به صورت ضزایب تراست و گشتاور بدست می‌آید.
روش‌های عددی و نیمه تجربی
در کنار آزمایش‌های تجربی برای کاهش حجم آزمایش‌ها و صرفه جویی در هزینه ساخت پروانه‌های مختلف روش‌های عددی و نیمه تجربی بسیار کارآمد می‌باشد. نرم افزار‌های متعددی در شبیه سازی های عددی استفاده می‌شود. که از آن جمله می‌توان به نرم‌افزارهای هیدرودینامیکی CFX و فلوئنت اشاره کرد. در کنار بحث‌های هیدرودینامیکی استحکام پروانه‌ها نیز جزو مباحث مورد توجه می‌باشد. در حل‌های سازه ای از نرم‌افزارهای Abaqus می‌توان استفاده کرد.در حل‌های نیمه تجربی سعی شده است که با جمع‌آوری داده‌های آزمایش‌های تجربی به رابطه‌ای رگرسیونی برای رسیدن به ضرایب هیدرودینامیکی و توسعه الگوریتم انتخاب سیستم رانش مناسب دست یافت.
