بررسي اثرات زاويه پله رو به جلو بر روي عملكرد هيدروديناميكي شناور سرشي

Investigation of Step Sweep-Forward Angle Effects on the Hydrodynamic Performance of a Planing hull

يكي از رو ش‌هاي مؤثر براي كاهش پسا در شناورهاي سرشي استفاده از پله در كف بدنه شناور است. پله باعث كاهش سطح تماس بدنه شناور با آب و در نتيجه كاهش پساي شناور مي‌شود. شكل پله مي‌تواند به صورت خط مستقيم در كل عرض بدنه يا به صورت V شكل داراي رأس رو به جلو يا عقب طراحي شود. در اين مقاله، اثرات زاويه پله رو به جلو بر روي عملكرد هيدروديناميكي يك شناور سرشي چاين دار به روش عددي حجم محدود مورد بررسي قرار مي‌گيرد. معادلات متوسط زماني ناويراستوكس همراه با مدل اغتشاشي استاندارد كي-اپسيلون كوپل شده با معادلات حجم سيال براي شبيه سازي جريان سطح آزاد آشفته گذرا در اطراف بدنه شناور به كمك نرم افزارانسيس سي اف ايكس حل مي‌شوند. براي پي شبيني حركات شناور، معادلات دو درجه آزادي جسم صلب با معادلات حاكم بر جريان سيال كوپل مي‌شوند. به منظور اعتبارسنجي مدل عددي ارائه شده در اين مقاله، ابتدا نتايج عددي محاسبه شده با نتايج آزمايشگاهي موجود مقايسه مي‌شوند. سپس نتايج عددي به دست آمده براي نيروي پسا، تريم ديناميكي، بالا آمدن مركز جرم، طول كيل خيس شده، طول چاين خيس شده، توزيع فشار روي بدنه، سطح خيس و پروفيل دنباله پاشنه در سرعت‌هاي مختلف و زواياي مختلف پله ارائه و مورد بحث قرار مي‌گيرد. نتايج نشان داد كه افزايش زاويه پله رو به جلو تا 10 درجه تأثير ناچيزي روي تريم ديناميكي و بالا آمدن مركز جرم شناور دارد، اما اثرات آن بر روي كاهش نيروي پسا قابل ملاحظه بود.

One of the most effective methods to diminish the drag of the planning craft is using step at the bottom of the hull. Stepped hull causes to reduce the wet area and as a results reduce the drag. Shape of the step may be designed in a straight line through the entire width of the hull or it may be V-shape with a forward or backward sweep angle. In this paper, the effect of step sweep-forward angle on the hydrodynamic performance of a planning chine hull vessel is investigated by finite volume method. Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations with standard k-ɛ turbulence model coupled with volume of fluid equations are solved in order to simulate transient turbulent surface flow around the hull with the help of Ansys CFX software. In order to predict the craft motions, equations of rigid body motions for two degrees of freedom are coupled with fluid flow governing equations. To validate presented numerical model, first the numerical results are compared with available experimental data and then obtained numerical results at different speeds and step angles are presented and discussed. The results show that the sweep-forward step angle up to 10 degrees have an insignificant effect on dynamic trim and sinkage, but its effect on the reduction of drag is significant.