30441

بهسازي تجربي عملكرد پروانه نيمه مغروق در سرعت هاي پيشروي پائين

دكتري تخصصي

مهندسي مكانيك

1393

1402/07/17

دكتر نوروز محمد نوري

مهندسي مكانيك

پروانه نيمه مغروق به پروانه اي گفته مي شود كه در حين چرخش پره هاي آن از آب بيرون آمده و دوباره وارد آب مي شوند به طوري كه عمق فرورفتگي از سطح آزاد سيال تا خط مركزي شفت مي تواند كاهش يابد و نيمه بالايي پروانه بطور كامل در آب و نيمه ديگر به طور كامل خارج از آب قرار مي گيرد. پژوهش حاضر بر سيستم رانش براي شناور هاي با سرعت هاي بالا تمركز دارد و چالش اصلي پژوهش، توجه به بهسازي عملكرد پروانه هاي نيمه مغروق در سرعت هاي پيشروي پائين است زيرا بازدهي كمتري نسبت به ساير سيستم هاي رانش دارند. در اين پژوهش مطالعات تجربي بر روي مدل يك نمونه پروانه نيمه مغروق در جريان آب آزاد انجام گرفته است. براي انجام آزمايشات عملكردي پروانه نيمه مغروق در تونل آب روباز، از مكانيزم سيستم تست پروانه نيمه مغروق و كاليبراسيون در محل بالانس هاي نيرو و گشتاور پنج درجه آزادي استفاده شده است. بر اساس مشخصات نمونه ي اصلي پروانه نيمه مغروق، مدلي با تشابه هندسي با ضريب مقياس 0.52 از نمونه ي اصلي تهيه شده است. سپس براي بهبود عملكرد پروانه در سرعت هاي پايين، مكانيزم هوادهي از بالادست جريان طراحي و پياده سازي شده است تا با تزريق هوا در قسمت بالا دست پروانه، هوادهي پروانه در سرعت هاي پايين اصلاح شود. در طي مطالعات تجربي، تاثير نسبت بي بعد عمق محل هوادهي به فاصله افقي محل هوادهي تا پروانه (β⁄α) در غوطه وري هاي متفاوت پروانه و در ضرايب پيشروي مختلف مطالعه شده است و نمودارهاي عملكردي طراحي بدست آمده است. بررسي نتايج حاصله نشان مي دهد با تغيير ضريب غوطه وري β⁄α، درصد بهبود ضريب تراست تغيير مي كند به نحوي كه بالاترين بهبود عملكرد به ميزان 100% در غوطه وري 0.25 و 0.03 β⁄α= و ضريب پيشروي 0.4 حاصل مي شود در حاليكه با افزايش ضريب غوطه وري β⁄α، درصد بهبود ضريب تراست كاهش مي يابد. بررسي تاثير ميزان دبي هواي تزريقي(Q) در غوطه وري هاي متفاوت و در ضرايب پيشروي مختلف نيز نشان مي دهد كه افزايش دبي هواي تزريقي، ميزان بهبود عملكرد را افزايش مي دهد و براي دبي هوادهي كمتر، ناحيه بهبود هوادهي در ضرايب پيشروي بالاتر مشاهده مي شود.

1402/11/17

Experimental Performance Improvement of Surface Piercing Propeller at low advance speeds

10/8/2024 12:00:00 AM

Surface-piercing propeller is a kind of propeller whose blades exit and enter water during rotation, in a manner that the immersion depth from the free surface of the fluid to the shaft centerline may reduced. This means that half of the propeller is entirely submerged, while the other half is operating fully above the water surface. This study is focused on the propulsion system for high speed boats and since surface piercing propeller’s (SPP) performance is lower than other propulsion systems at low speeds, the main challenge of this study is improving SPP’s performance at low speeds. In this study, an experimental study (DOE) was performed on a sample of a Surface-piercing propeller (SPP). An SPP test system mechanism and a five-degree freedom calibration system were used to perform SPP performance tests in open water tunnel and torque-force balance calibration tests respectively. Based on the information provided from the prototype of a surface-piercing propeller, a sample with geometric similarity scale factor of 0.52 was generated based on the three-dimensional model of the prototype. An aeration mechanism was designed and implemented to improve the performance of the propeller at low speeds which blew air on the upstream part of the propeller and enhance the aeration of the propeller. The effect of the dimensionless number β⁄α (ratio of vertical distance of ventilation to horizontal distance) was studied at different immersion ratios and advance coefficients and performance diagrams were extracted from the results. Examining the graphs, resulted that via increasing immersion ratio, the percentage of improvement of thrust coefficient decreases. In fact, the highest performance improvement of 100% was obtained in immersion ratio of 0.25 , β⁄α = 0.03 and advance coefficient of 0.4. Also, increasing the immersion ratio, decreases the thrust coefficient improvement. The effect of the injected air flow rate (Q) was reported at different immersion ratios and advance coefficients. Examining the diagrams, it is concluded that the performance improvement increases with the increase of injected air flow rate and decreasing the air flow rate will conduct the performance improvement to occur at higher advance coefficients.

پروانه نيمه مغروق , سرعت هاي پيشروي پائين , منحني عملكرد پروانه , مكانيزم هوادهي

Surface Piercing Propeller , Advance Coefficient , Thrust Coefficient , Immersion Ratio , Aeration Mechanism

ali amini

nowrouz mohammad nouri