استخراج ضرايب هيدروديناميكي مانور يك شناور پروازي تك‌بدنه با استفاده از شبيه‌سازي عددي مدل تست مهار شده

Hydrodynamic Coefficients of Maneuvering of a Mono-hull Planning Craft by Numerical Simulation of Restrained Test Model

امروزه استفاده از روش‌هاي عددي جهت پيش‌بيني حركات و رفتار شناورها به‌دليل مزيت‌هايي چون زمان و هزينه كمتر، دقت فزاينده، تنوع سناريوهاي مورد بررسي و اصلاحاتي كه در مرحله طراحي شناورها با آن مي‌توان ايجاد كرد، از توجه بيشتري برخوردار شده‌است. لذا در بحث مانور شناورهاي تندرو نيز توسعه به‌كارگيري روش‌هاي عددي در كنار روش‌هاي تحليلي و نيمه‌تحليلي مي‌تواند ديد مناسب اوليه نسبت به عملكرد مانور بدنه موردنظر قبل از اجراي روش‌‌هاي پرهزينه‌تر مدل مقياس و يا تست ميداني فراهم نمايد. در اين مقاله بر اساس دستگاه متشكل از چهار معادله حركات سرج، سوي، ياو و رول، ضرايب مانور وابسته به سرعت عرضي و زاويه رول براي يك شناور پروازي تك‌بدنه با شبيه‌سازي عددي محاسبه شده‌است. براي اين‌كار، تست مدل مهارشده مقياس اين شناور و با روش ديناميك سيالات محاسباتي در نرم افزار انسيس سي‌اف‌ايكس مدل‌سازي گرديد و نتايج شبيه‌سازي‌ها در زواياي دريفت مختلف، زواياي رول مختلف و سرعت‌هاي پيشروي متفاوت براي شناور پروازي مد‌نظر در حركت خط راست آن استخراج گرديد. برخي از نتايج شبيه‌سازي با مقادير حاصلي از روابط نيمه‌تجربي لواندوفسكي مقايسه گرديد كه اختلافاتي را نشان داده است. همچنين نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه سرعت پيشروي يك عامل موثر بر مقادير ضرايب هيدروديناميكي مانور شناور پروازي مي‌باشد. ضمن اينكه نيروها و گشتاورهاي مانور نسبت به سرعت عرضي به‌صورت خطي تغيير ‌كرده‌است اما با افزايش سرعت پيش‌روي، نيروي عرضي سوي و گشتاور ياو نسبت به زاويه رول به‌ سمت غيرخطي بودن ميل مي‌كند. در سرعت‌هاي كمتر مي‌توان با تقريب مناسب‌تر اين وابستگي‌ها را به‌صورت خطي تخمين زد.

In maneuvering analysis of high speed planning craft, developing the use of numerical methods, could provide a good insight into the hull maneuvering performances. In this paper, based on 4DOF system of equations for surge, sway, yaw and roll motions, the hydrodynamic coefficients related to lateral speed and drift angle are evaluated for a typical mono-hull planning craft by numerical simulations. For this purpose, the restrained test of the scaled model of the proposed craft is modeled through computational fluid dynamic by Ansys CFX and the results of simulations of its motion on straight line are extracted at two different forward speeds for different drift and roll angles. Some of these results are compared to the values obtained by available semi empirical formulas proposed by Lewandowski which showed some discrepancies. The results also show that forward speed is a main influencing factor on the hydrodynamic coefficients of maneuvering of a planning craft. Meanwhile maneuvering forces and moments tend to vary linearly with respect to lateral speed, but variation of sway force and yaw moment with respect to roll angle, tend to nonlinearity by increasing the forward speed. At lower forward speed, these relations could be well predicted by linear regressions.