19046

۱۹۰۴۶

توسعه الگوريتم طراحي هيدروديناميكي سيستم هاي رانش CRP و پمپ جت CRP براي سامانه هاي پر سرعت زيرسطحي

دﮐﺘﺮي

تبديل انرژي

۱۳۹۰

۱۳۹۷/۰۱/۲۹

دكتر نوروز محمد نوري

مكانيك

بخش قابل توجهي از سيستمهاي رانش مربوط به سامانه¬هايي است كه وجود سامانه تأثير قابل توجهي بر روي عملكرد سيستم رانش دارد كه دربردارنده زيرسطحي¬ها و شناورهاي پرسرعت بوده و بسياري از مسائل باز تحقيقاتي در اين حوزه قرار دارند. فلذا اين موضوع به عنوان محور اصلي اين پژوهش قرار گرفته و به توسعه الگوريتم طراحي هيدروديناميكي سيستم رانش ويژه سامانه هاي پر سرعت زيرسطحي پرداخته خواهد شد. سيستمهاي رانشي كه بر روي سامانه¬هاي زيرسطحي پر سرعت ديده شده¬اند عمدتاً از نوع پروانه¬اي ميباشند. اين سيستم¬هاي رانش به شدت تحت تأثير ويك پاشنه زيرسطحي قرار دارند. فلذا بايد بتوان سيستم رانش پروانه¬اي را به منظور نصب در پاشنه زيرسطحي پرسرعت به صورت خاص طراحي نمود. براي اين منظور ميتوان از پروانه گام ثابت، پروانه غلاف دار، CRP و پمپ جت استفاده كرد. به منظور انتخاب نوع سيستم رانش از بين موارد نام برده شده بايد به الزاماتي پاسخ داده شود. اين الزامات شامل كاربرد سامانه (نظامي/تفريحي/تجاري/...)، سرعت پيشروي سامانه (پايين/پرسرعت/پرسرعت خاص)، ضرورت بالانس گشتاور (مهم/كم اهميت)، اهميت انتشار نويز آكوستيكي (اهميت بالا/بي اهميت)، اثرات سطح آزاد (آبهاي عميق/كم عمق) و برد عملكردي (كوتاه/متوسط/بلند) است. در اين تحقيق، سامانه پرسرعت كوتاه برد با ضرورت بالانس گشتاور مهم و اهميت بالا در انتشار نويز آكوستيكي به منظور عملكرد در آب¬هاي عميق مد نظر قرار دارد كه سيستم رانش مناسب براي پاسخگويي به اين نيازها سيستم هاي رانش CRP و پمپ جت CRP مي¬باشند. در اين تحقيق به توسعه الگوريتم طراحي هيدروديناميكي اين سيستم¬هاي رانش پرداخته شده و بسياري از چالش¬هاي موجود در مسير طراحي بررسي و پاسخگويي شده¬اند. الگوريتم طراحي توسعه داده شده بر پايه استفاده از روش¬ مبتني بر آزمون و خطا در مراحل اوليه به منظور تدوين دانش شناسايي نحوه اثر پارامترهاي مؤثر هندسي بر عملكرد سيستم رانش بوده و پس از استخراج يك هندسه مناسب اوليه به پياده سازي الگوريتم بهينه سازي بر مبناي الگوريتم ژنتيك و روش كريجينگ بر روي هندسه طراحي شده، پرداخته شده است. پس از طي نمودن مراحل توسعه الگوريتم و به عنوان يك آزمون، از آن براي طراحي سيستم¬هاي رانش CRP و پمپ جت CRP براي يك بدنه متقارن محوري به قطر تقريبي 500 ميليمتر و طول 8 متر براي پيشروي در سرعت¬هاي 35 الي 55 گره دريايي استفاده شد. ابزارهاي به كار رفته در اين پژوهش، ديناميك سيالات محاسباتي بر پايه روش ميانگين گيري رينولدز از معادلات ناوير-استوكس، روش المان محدود و كدنويسي در نرم افزار متلب به منظور ابزار بهينه سازي بوده اند. راندمان هيدروديناميكي سيستم¬هاي رانش طراحي شده براي بدنه مفروض در شرايط به دور از كاويتاسيون براي عملكرد در عمق 10 متر از سطح آب در حدود 93 درصد بدست آمد. واژه‌هاي كليدي: سيستم رانش، سامانه زيرسطحي پرسرعت، سي آر پي، پمپ جت سي آر پي.

1397/04/07

Development of Hydrodynamic Design Algorithm of CRP and Pumpjet CRP Propulsion Systems for High Speed Underwater Vehicles

6/27/2018 12:00:00 AM

A large number of propulsion systems are belonged to vehicles which affect the performance of the propulsion part strongly, such as Underwater vehicles and high speed marine vessels. Nowadays, a vast number of problems are existing in this field which made the topic of development of hydrodynamic design algorithm of underwater high speed vessels propulsion unit as the objective of this research. Propeller based propulsion units are strongly affected by the wake flow of the underwater vehicle. So, a designer must be able to design such a propulsion unit suitable for a special radially variable regime of wake flow. Fixed pitch propellers, ducted propellers, Counter rotating propellers (CRP) and pumpjets are the most important propulsion units which are utilized on underwater vehicles that a designer could select each one with regard to design aspects. This research focuses on CRP and Pumpjet CRP type propulsion units because of some design aspects such as, operating in shallow water, high speed movement, removing the axial torque over the body and low noise propagation. The developed design algorithm uses an iterative method in initial steps in order to make a deep knowledge over design challenges and to obtain an appropriate geometry for the propulsion system and after that applies optmization method based on genetic lagorithm and kriging method over the propulsion unit. In this research, an appropriate geometry of CRP and Pumpjet CRP were obtained using iterative method for an axisymmetric body with a diameter of 500mm and a length of 8m for operating in an advance speed of 55 knots. After that, an optimization process was performed using genetic algorithm and kriging method. The applied tools in this research were a RANS based CFD tool, an FEM tool and MATLAB commercial software as an optimization tool. The hydrodynamic performance of designed propulsion units was 93 percent for operation in a depth of 10m without cavitation. Keywords: Propulsion unit, High speed underwater vehicle, CRP, Pumpjet CRP.