مطالعه عددي و تاثير متقابل هيدروديناميكي پروانه مغروق و سكان هيدروفويلي در شناورهاي تجاري

بررسي اثر متقابل مجموعه پروانه-سكان، در طراحي سيستم رانش و همچنين طراحي سيستم هدايت شناورها، بسيار مهم است. محاسبه دقيق ويك بدنه و ميانگين سرعت جريان ورودي پروانه، باعث مي شود تا طراحي و انتخاب پارامترهاي هندسي پروانه و سكان به درستي انجام پذيرد و نيرو هاي محوري و جانبي مورد نظر طراحان، به خوبي تامين شود. همچنين محاسبه دقيق اثر جريان خروجي پروانه بر روي سكان، باعث مي شود تا طراحي مجموعه پروانه-سكان و محاسبه فاصله آنها به درستي انجام پذيرد و نيروي ليفت و درگ مورد نظر طراحان در حين زاويه گرفتن تيغه سكان و مانور شناور، به درستي تامين شود. در اين مقاله سعي شده است به شبيه سازي و مطالعه عددي جريان هيدروديناميكي حول پروانه و سكان پرداخته شود و تأثير متقابل آنها برروي هم مورد بررسي قرار گيرد. نتايج حاصل از محاسبه ضرايب بي بعد، خطوط جريان و خطوط توزيع فشار بر روي پروانه- سكان، ارائه ‌شده است و در ضرايب پيشروي مختلف باهم مقايسه گرديده است. همچنين ضرايب هيدروديناميكي سكان در شرايط مختلف و در زواياي صفر، 10، 20 و 30 درجه، با و بدون حضور پروانه بررسي و مقايسه شده اند. در همه حالات فوق بازده پروانه با افزايش ضريب پيشروي افزايش مي يابد. در ضرايب پيشروي بالا، حضور سكان در مقابل پروانه 3درصد راندمان را افزايش مي دهد و با افزايش زاويه سكان تا30 درجه، اين اثر افزايش دو برابر مي گردد(6درصد)، هرچند كه در مجموع اثر حضور سكان در مقابل جريان القايي پروانه باعث افزايش درگ كلي و كاهش سرعت شناور مي گردد. همچنين وجود سكان در ضرايب پيشروي بالا، به ترتيب تاثير افزايشي حدود 9درصد و 5 درصد بر روي ضريب تراست و ضريب گشتاور پروانه دارد است و افزايش زاويه سكان مقابل آن نيز باعث مي شود ضريب تراست و ضريب گشتاور به ترتيب 17 درصد و 9 درصد افزايش يابد. در حالت سكان-پروانه تا زاويه 10 درجه، افزايش ضريب پيشروي پروانه تاثير محسوسي بر روي ضرايب ليفت و درگ سكان ندارد و در زواياي بالاتر، جريان القايي پروانه باعث افزايش 20درصدي نسبت ليفت به درگ سكان مي شود. بررسي كانتورهاي سرعت و فشار نيز در مسئله سكان-پروانه نشان مي دهد به دليل چرخشي بودن جريان ورودي و القايي به سكان، نمودار فشار در دو طرف مقطع سكان صفر درجه، يكسان نمي باشد. همچنين بررسي نمودار توزيع فشار در 5 درصدي انتهاي لبه فرار، گراديان شديد فشار را نشان مي دهد كه نتيجه جدايش جريان از فويل است.