یی همایش صنایع دریانهمین 1386 آبانماه سوم لغایت یکم

نور ـ استان مازندران

مغروق سطحي هاي نيمه دستيابي به دانش فني طراحي و ساخت پروانه

4، مرتضی مزینانی3، حمید رضایی2فرجام ، موعود نیک1محمد حسین کریمی آوري دريايي ، پژوهشكده علوم و فنگروه صنايع دريايي ،سازمان صنايع دفاع

يدهچك

نظر راندمان هيدروديناميكي، سرعت، درو از نقطهها و شناورهاي تن در رفتار كشتي با توجه به نقش مهم پروانه

يابي به دانش فني طراحي و تكنولوژي ساخت ويك ايجاد شده، دست ومانور و نيز ساير پارامترها مانند نويزقابليت

طراحي شناورهاي تندرو فرآيند در و تاثيرگذار كليدي مباحثتوان به عنوان يكي از مغروق را مي هاي نيمه پروانه

در انحصار تعداد اندكي از تحقيق تا قبل از اجراي اين مغروق ي نيمهها طراحي و ساخت پروانه .سوب نمودمح

.شد براي كشور ميهاي گزاف هزينه مستلزم صرفها خريد آنكشورهاي خارجي بود و

مغروق يمهطراحي يك نمونه پروانه نبه منظور براي اولين بار در كشور، چكيده تحقيقي است كهاين مقاله

اي بر هاي هيدروديناميكي و سازه طراحي و تحليلمغروق نيمهدر اين تحقيق يك نمونه پروانه. استصورت گرفته

تست مدل انجام شد و در حالت آب آزاد و در حالت نصب روي شناور ساخت مدل،پس از. روي آن انجام شده است

.مغروق تدوين شده است ههاي نيم نتايج حاصل به صورت سري سيستماتيك پروانه

۵۵يك نمونه پروانه توليد و پس از نصب بر روي شناور، تست دريا انجام شد و سرعت ،پس از تصديق طراحي

.توسط صنايع داخلي قرار داردتوليد انبوه در مرحله SPPهاي در شرايط فعلي طرح توليد پروانه. نات به ثبت رسيد

آوري دريايي سازي، سرپرست پژوهشكده علوم و فن كارشناس ارشد كشتي�1

كارشناس ارشد معماري كشتي، سازه �2

سازي دانشجوي دكتراي كشتي�3

عماري كشتي، هيدرومكانيككارشناس ارشد م �4

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

ناور تندروش - مغروق پروانه نيمه :كلمات كليدي

مقدمه )١

تـرين تـرين و در عـين حـال جـذاب تـوان بـه عنـوان يكـي از پيچيـده را مـي ٥مغـروق هـاي نيمـه طراحي پروانه

در دنيــا شــناورهاي تنــدرومــسايل مــورد بحــث محققــان و كارشناســان صــنايع دريــايي در زمينــه هيــدروديناميك

.به حساب آورد

شـد امـا يـابي بـه رانـدمان بـاال بـراي سيـستم رانـش انجـام مـي ها در گذشته با تأكيد بـر دسـت طراحي پروانه

ــر ــت كمت ــر از اهمي ــن ام ــروزه اي ــرفه یام ــه ص ــل ب ــت و در مقاب ــوردار اس ــشتري برخ ــت بي ــرژي اهمي ــويي ان ج

ــي ــد م ــات و . دهن ــاهش ارتعاش ــراي ك ــه ب ــي پروان ــين طراح ــويزهمچن ــناو ن ــراي ش ــصوصاً ب ــامي و رهاي خ نظ

.ستمسافربري از اهميت خاصي برخوردار ا

مغروق هاي نيمه پروانهمعرفي )٢

اي اولــين بــار بــراي شــناورهاي مــسابقه،مغــروق هــاي نيمــه هــاي ســطحي و پروانــه ايــدة اســتفاده از سيــستم

، همـراه بـا قابليـت حـداكثر يـابي بـه سـرعت مغـروق دسـت هـاي نيمـه پروانـه بـه كـارگيري هـدف از .شكل گرفت

].۱[ باشد ميمناسب راندمان سيستم رانشومانور

نـسبت % ۵۰ را تـا شـناور شـوند، نيـروي مقاومـت كـه امـروزه در دنيـا طراحـي مـي سطحي رانش هاي سيستم

، يابـد از سيـستم رانـش كـه بـا آب تمـاس مـي بخـشي تنهـا حالـت در ايـن . نـد ا هادهاي مغروق كاهش د به سيستم

ايــن پديــده .ش يافتــه اســت و مقاومــت زوايــد تــا حــد زيــادي كــاه باشــد هــاي پروانــه آن مــي نيمــي از ســطح پــره

همچنـين در ايـن حالـت قابليـت حمـل . گـردد موجب افزايش سـرعت نهـايي شـناور و نيـز شـتاب بيـشتر آن مـي

)۱-شكل(. يابد بار به نسبت واحد قدرت افزايش مي

هـاي عمليـاتي شـناور درصـد، موجـب كـاهش مـصرف سـوخت و هزينـه ۵۰از طرف ديگر كاهش مقاومـت تـا

، زنــي گــشتشــناورهاي تــا بــه امــروز بــر روي شــناورهاي مختلــف ماننــد رانــش ســطحي يهــا سيــستم. شــود مــي

)۳و۲-هاي شكل( .دن كه كارايي مناسبي دارندا تجاري و نظامي در نقاط مختلف دنيا نصب شده

5 -Surface piercing propeller (SPP)

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

مغـروق باعـث رسـيدن هـاي نيمـه پروانـه . مغـروق اسـت سيـستم رانـش سـطحي، پروانـه نيمـه بخشترين مهم

شــود و ســپس از آن خــارج هنگــامي كــه نــوك يــك پــره وارد آب مــي. دنشــو هــا مــي پــرههــواي كــافي بــه ســطح

ايـن پروسـه در . شـود كنتـرل مـي هـاي مغـروق بـسيار متـداول اسـت، كـه در پروانـه ٦گردد، پديدة كاويتاسيون مي

)۴-شكل( .حقيقت هوادهي براي مقابله با كاويتاسيون است

حتــي تــا صــفر ٧ از ســطح آزاد ســيال تــا خــط مركــزي شــفتهــاي نيمــه مغــروق، عمــق فرورفتگــي پروانــهدر

هـا بـه طـور كامـل در آب و نيمـه ديگـر بـه طـور كامـل خـارج از يعنـي نيمـي از ايـن پروانـه ،تواند كاهش يابد مي

هـا بـه طـور كامـل آن ٨شـود كـه بخـش پرفـشار اي طراحـي مـي هـا بـه گونـه اين پروانه هاي پره .گيرند آب قرار مي

].۲ [باشد ها به صورت خشك مي آن٩فشار و بخش كمماند خيس باقي مي

مغروق هاي نيمه مزاياي استفاده از پروانه )٣

اي اسـت كـه مغـروق بـراي نـصب بـر روي شـناورهاي تنـدرو داراي مزايـاي عمـده هـاي نيمـه استفاده از پروانه

زيـر مـورد تـوان بـه دو هـا مـي تـرين مزايـاي ايـن پروانـه از مهـم . كنـد هـا را اجتنـاب ناپـذير مـي برداري از آن بهره

:اشاره كرد

كاهش و يا فقدان پديدة مخرب كاويتاسيون-۱

هاي مغروق پروانه در مقايسه با ترهاي باال يابي به سرعت دست-۲

مغـروق مزايـاي ديگـري نيـز دارد كـه بـه طـور خالصـه هـاي نيمـه فـوق اسـتفاده از پروانـه مـورد عالوه بـر دو

:ره كردتوان به موارد زير اشا مي

يابي به حداكثر سرعت دست-۱

افزايش راندمان سيستم رانش-۲

و ارتعاشات١٠نويز كاهش -۳

١١ كاهش زمان اسكي-۴

6 -Cavitation 7 -Propeller shaft 8 -Pressure side 9 -Suction side 10 -Noise 11 -Planning time

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

هاي سطحي در حركت معكوس عملكرد مناسب سيستم-۵

كاهش صدمات وارد بر پروانه-۶

مغروق اطالعات آماري چند نمونه پروانه نيمه )٤

هـاي مـشابه و حقيق حاضـر بـا توجـه بـه عـدم دسترسـي بـه منـابع و طـرح مورد نظر در ت براي طراحي پروانه

مغـروق هـاي نيمـه مختلـف پروانـه هـاي نمونـه نيـاز بـود تـا هـا، كمبود اطالعات در زمينه طراحـي ايـن نـوع پروانـه

.مورد مطالعه و بررسي قرار گيردموجود،

بررسـي مغـروق، هـاي نيمـه انـه پرو خت و سـا ي طراحـ در زمينـه همچنين عالوه بر جـستجوي منـابع خـارجي

ــه ــر روي پروان ــر روي مغــروق نيمــهيهــا ابعــادي دقيقــي ب ــواع شــناورهاي تنــدرو داخلــي موجــود كــه ب نــصب ان

محــسوب محققــين ايــن طــرحانجــام شــد كــه ايــده مناســبي بــراي طراحــي يــك پروانــه جديــد بــراي انــد، شــده

.شد مي

هاي استاندارد طراحي پروانه سري )۵

ــأثير هــاي اســتاندارد ســري ــه و ت ــارة ابعــاد كلــي پروان روي خــصوصيات ايــن ابعــاد اطالعــات مناســبي را درب

ــدروديناميكي ــيآنهي ــه م ــد ارائ ــه . كنن ــضي از اي از ســري در صــورت انتخــاب پروان ــا در بع ــتاندارد تنه ــاي اس ه

ــور ــه منظ ــع آن ب ــخامت مقطــع و توزي ــر روي ض ــصري ب ــرات مخت ــوارد تغيي ــامين م ــال ت ــشتر اعم ــتحكام بي اس

تــوان بــه مــوارد ذيـل مــي ،تــوان بــه دسـت آورد هــاي اســتاندارد مـي از سـري از جملـه پارامترهــايي كــه .ودشــ مـي

:اشاره كرد

قطر بهينه-۱

١٢ گام-۲

١٣ راندمان آب آزاد پروانه-۳

و توانRPM به دست آوردن -۴

١٤نيروي پيشران به دست آوردن -۵

12 -Pitch 13 -Open water efficiency 14 -Thrust

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

كاويتاسيونتخمين -۶

خاصــي در دســترس نيــست يكــي از اســتاندارد مغــروق ســري هــاي نيمــه كــه بــراي پروانــه بــا توجــه بــه ايــن

اهــداف ايــن پــروژه تــدوين اطالعــات بــه دســت آمــده بــراي توليــد يــك ســري سيــستماتيك مناســب بــه منظــور

.هاي عملكرد يك سري پروانه به دست آمد بود كه در انتهاي پروژه دياگراممغروق طراحي پروانه نيمه

مغروق نيمههپارامترهاي طراحي پروان )۶

هــاي متــداول كنــد كــه مــشابه فرآينــد طراحــي پروانــه مغــروق از فرآينــدي تبعيــت مــي طراحــي پروانــه نيمــه

مغــروق را نــشان نيمــه مراحــل فازهــاي مختلــف تحقيــق انجــام شــده بــه منظــور طراحــي پروانــه ۵ شــكل. اســت

].۳ [دهد مي

اطالعات ورودي به منظور آغاز طراحي )۶-۱

:عبارتند ازوجود دارد كه طراحي پروانه فرآيند ي آغاز سه پارامتر اساسي برا

قدرت شناورتعيين -۱

سرعت دوراني پروانهتعيين -۲

سرعت شناورتعيين -۳

شـود و اولـين گـام بـراي طراحـي سيـستم يـابي بـه يـك هـدف مـشخص طراحـي مـي هر شناور بـراي دسـت

ــدي ــن نيازمن ــف اي ــناخت و تعري ــب، ش ــه مناس ــاب پروان ــش و انتخ ــ ران ــيه ــد ا م ــدولدر .باش ــصات ۱-ج مشخ

.ذكر شده است بر مبناي آن انجام شد، طراحي پروانهشناوري كه

مشخصات شناور نمونه: ۱-جدولType of boat Mono hull

Overall Length [m] 16.5 Overall Beam [m] 3.7 Side Height [m] 1.9 Draught [m] 0.6 Vs [kn] 50 RPM 2700 POWER [kw] 2x880

قطر پروانه )۶-۲

: دانستن پارامترهاي زير الزم است پروانهبراي تعيين قطر

هاي پاشنه شناور محدوديت-۱

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

توسط پروانه ١٥ جذب قابلقدرتميزان -۲

متـر ۷/۰هـاي موجـود قطـر پروانـه مـورد نظـر با توجه به فرم پاشنه شناور و نيز با توجـه بـه اطالعـات پروانـه

.در نظر گرفته شد

ها پرهعدادت )۶-۳

هـاي گـام ثابـت بايـد بـا توجـه بـه فـرم و ابعـاد بدنـه شـناور و فركـانس انتخاب پره و تعـداد آن بـراي پروانـه

چـه تعـداد هـر . پـره متغيـر اسـت ۷ تـا ۲هـا از معمـوالً محـدودة تعـداد پـره . آالت انتخـاب شـود ارتعاشات ماشـين

در قـسمت . رود ي رو بـه كـاهش مـ ،كـشي پـره ، ميـزان كاويتاسـيون ايجـاد شـده در قـسمت م يابـد هـا افـزايش پره

بـا توجـه بـه مـسالة ارتعاشـات و كاويتاسـيون . يابـد افـزايش مـي ،هـا پـره افـزايش تعـداد كاويتاسيون بـا ،ريشه پره

].۴ [يابد ها، افزايش مي كه راندمان پروانه و نيز قطر بهينه آن با كاهش تعداد پرهبايد گفت

هـا وابـسته د دارد، سـرعت دورانـي پروانـه تـا حـدودي بـه تعـداد پـره كه محدوديت قطر پروانـه وجـو هنگامي

هـا وابـسته همچنـين تراسـت و نيـروي گـشتاور توليـد شـده توسـط پروانـه نيـز تـا حـدودي بـه تعـداد پـره . است

].۴ [است

پـره در نظـر گرفتـه شـد امـا در مرحلـه تـست ۴اي بـا براي پـروژه در دسـت اجـرا در مرحلـه ابتـدايي پروانـه

. افزايش يافت و نتايج بهتري به دست آمد۵ها به ا توجه به نتايج به دست آمده تعداد پرهمدل ب

١٦سطح گسترش يافته )۶-۴

قــراردارد، ١٧ مقــدار نــسبت ســطح گــسترش يافتــه پــره در زمــاني كــه پروانــه در ميــدان جريــان ويــكعمــدتاً

ــي ــست م ــه در آب آزاد ت ــه پروان ــد ك ــاني باش ــشتر از زم ــد بي ــارام باي ــن پ ــود و اي ــاب از ش ــور اجتن ــه منظ تر ب

١٨ پــرهقطــعبــراي رســيدن بــه ايــن هــدف، تغييــرات بيــشتري در زاويــة حملــة م. كاويتاســيون بــسيار مهــم اســت

.دي از راه افزايش نسبت سطح گسترش يافته پره محقق گرد،اعمال شد و اينبراي پروژه حاضر

ـ در هنگام طراحي فرم پره اين نكتـه مـورد توجـه قـرار گرفـت كـه يافتـه پـره، سبت سـطح گـسترش افـزايش ن

هـاي انجـام شـده بـا توجـه بـه نتـايج تحليـل .باعـث افـزايش نيـروي مقاومـت و كـاهش رانـدمان شـود ممكن بود

. در نظر گرفته شد۶/۰نسبت سطح گسترش يافته براي پروانه طراحي شده

15 -Power absorption 16 -Expanded area 17 -Wake 18 -Leading edge

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

فرم مقطع )۶-۵

هـاي تـابع فـرم رياضـي منحنـي هـا بايـد مقطع از نقطه نظر توزيـع ضـخامت و ايجـاد كاويتاسـيون در پـره فرم

اسـتفاده ١٩ از فـرم سـوپر كاويتيتينـگ ، درايـن تحقيـق مغـروق براي طراحـي مقطـع پروانـه نيمـه .گون باشند بيضي

مغـروق هـاي نيمـه طي يك سـري مطالعـات گـسترده بـا توجـه بـه بررسـي انـواع پروانـه ع اين فرم مقط .شده است

هـا بـر روي آن انجـام شـد سـازي در حوضـچه برخـي بهينـه هـاي انجـام شـده موجود به دست آمد و در طي تـست

.تا در نهايت فرم مقطع فعلي حاصل گردد

٢٠اسكيو )۶-۶

بـا بررسـي . اسكيو مناسـب در هـر پـره بـراي بـه تـاخير افتـادن توسـعه كاويتاسـيون قابـل توجـه اسـت توزيع

وزيـع اسـكيو بهينـه بـراي مغـروق متعـدد، زاويـه اسـكيو مناسـب و فـرم ت هـاي نيمـه فرم توزيع اسكيو براي پروانـه

از آنجـا كـه زاويـه گـام و توزيـع اسـكيو در اسـتحكام .پروانه تحت بررسـي در تحقيـق حاضـر انتخـاب شـده اسـت

اي و اسـتحكامي نيـز هـاي سـازه مقـاطع مختلـف بـا فـرم اسـكيو متفـاوت تحـت تحليـل پروانه نقش مهمـي دارنـد

.قرار گرفت كه در نهايت فرم فعلي تاييد گشت

٢١فرم هاب )۶-۷

پروانه تا جايي كـه ممكـن اسـت بايـد كوچـك بـوده و داراي سـاختمان سـاده باشـد تـا طراحـي قـسمت هاب

فـرم هـاب بـه صـورت كوچـك و بـا مقطـع طراحـي بـراي شـناورهاي تنـدرو، . تا حد ممكن ساده شـود ٢٢ريشه پره

رو بـا توجـه بـه از ايـن .رسـد تـر بـه نظـر مـي خـوردگي در ريـشه پـره مناسـب پديـده ازبه منظور جلوگيري صاف

. طراحي شد۸ هاب پروانه فعلي مطابق با شكل ،فرم شافت

به قطرنسبت گام )۶-۸

هنگـامي . گيـرد پارامتر نسبت گـام بـه قطـر بـا توجـه بـه رانـدمان بهينـه سيـستم رانـش صـورت مـي انتخاب

( نـسبت گـام بـه قطـر ثابـت در نظـر گرفتـه شـود، تغييـرات جزيـي ) Pd( قدرت تحويلي بـه پروانـه كهDP ( و نيـز

در مـورد شـناورهاي تنـدرو نـسبت . شـود قطر و سـرعت دورانـي باعـث تغييـر رانـدمان مـي DP نـسبت بـه پروانـه

19 -Super cavitating 20 -Skew 21 -Hub 22 -Root

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

بـا توجـه بـه ديـدگاه افـزايش رانـدمان و بـا توجـه بـه آزمايـشات مـدل در آب .شناورهاي مشابه بايد بيـشتر باشـد

.اي پروانه در دست طراحي به دست آمده است بر۵/۱آزاد نسبت گام

سرعت دوراني )۶-۹

كـاهش سـرعت دورانـي باعـث بـه . آيـد سـرعت دورانـي بـا توجـه بـه مشخـصات موتـور بـه دسـت مـي مقدار

دور موتـور بـراي شـناور مـورد نظـر .شـود هـا مـي تاخير افتادن گسترش كاويتاسـيون بـر روي قـسمت مكـش پـره

كــي از پارامترهــايي اســت كــه طراحــي پروانــه بــر اســاس آن انجــام شــده بــوده اســت كــه ي۲۷۰۰در ايــن پــروژه

.است

تراست )۶-۱۰

از طريق تست مدل شـناور نمونـه و تعيـين مقاومـت بدنـه، ميـزان تراسـت مـورد نيـاز بـراي رانـش شـناور بـا

طراحـي پروانـه حاضـر بـراي غلبـه بـر ايـن مقاومـت بدنـه بـراي رسـيدن .ه اسـت سرعت تعيين شده به دست آمـد

.به سرعت مورد تقاضا انجام شده است

كاويتاسيون )۶-۱۱

ــه دليــل مكــش در قــسمت لبــه كــه در شــناورهاي تنــدرو متــداول اســت ٢٣اي صــفحهكاويتاســيون اغلــب ب

ــي ــاد م ــه ايج ــود حمل ــين . ش ــورد همچن ــاني ك ــه مي ــره در ناحي ــع پ ــدگي مقط ــبب ٢٤خمي ــب س ــزايش اغل اف

.گردد كاويتاسيون مي

ــر طراحــي ــه در دســت طراحــي٢٥ گــام مناســب و خــط كمب ــ ، در پروان كــردن كاويتاســيون در كــما هــدف ب

توزيـع بـار در ٢٧ كاويتاسـيون ناشـي از ورتكـس كـاهش بـه منظـور همچنـين . انجـام شـده اسـت پـره ٢٦قسمت رخ

هـا افـزايش تعـداد پـره بـا ، مـوارد قبـل بـر عـالوه . هاي مختلف مورد بررسـي قـرار گرفـت در طرح ٢٨ناحية نوك پره

.دش كنترل تا حد زياديكاويتاسيون ناشي از ورتكس ۵ به ۴از

23 -Sheet cavitation 24 -Chord 25 -Camber line 26 -Face side 27 -Vortex 28 -Blade tip

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

بـه سـختي سـطح پـره و يـا طـول كـورد هـاي موجـود در شـناورهاي تنـدرو، افـزايش با توجـه بـه محـدوديت

تـا حــد ممكــن از ضــريب ليفــت در ايــن پـروژه، مــورد نيـاز ٢٩بــراي ايجــاد نيـروي ليفــت ممكـن اســت، از ايـن رو

ايــن تغييــرات بــا توجــه بــه افــزايش . ، افــزايش يافــتكمبــرنيــز قــوس ميــزان زاويــة حملــه پــره و طريــق افــزايش

هـا بـه صـورت كاويتيـت مقطـع پـره بـه منظـور كنتـرل كاويتاسـيون، ].۳ [انجـام شـد احتمال وقـوع كاويتاسـيون

كـشيده شـده ٣٢سـمت انتهـاي لبـه فـرار و بـه ٣١ تا پديـده كاويتاسـيون در قـسمت پـشت پـره شد ساخته ٣٠كامل

)۶-شكل( . و از بين برودهو با جريان ويك انتهايي پره و شناور تلفيق شد

مغروق نتايج طراحي يك نمونه پروانه نيمه )۷

مقدمه )۷-۱

ــان ــد هم ــه ش ــه گفت ــور ك ــكل ط ــاگرام ش ــه دي ــه ب ــا توج ــر ب ــق حاض ــاي ۷روش طراحــي در تحقي ــر مبن ب

نيـز هـا و ئوري بـه منظـور تطبيـق مشخـصات بـه دسـت آمـده بـا نيازمنـدي آوري اطالعات آماري، مطالعات ت جمع

.اي طرح منتخب بوده است تحليل هيدروديناميكي و سازه

بعدي طراحي مدل سه )۷-۲

توجـه بـه پارامترهـاي اصـلي پروانـه بـا بعـدي سـه شـكل اوليـه مـدل فـرم مقـاطع پـره، طراحـي با توجـه بـه

)۸- شكل( .دبه دست آم، پس از مطالعات تئوريتعيين شده

سازي عددي پروانه با استفاده از روش ديناميك سياالت محاسباتي مدل )۷-۳

هــاي مشخــصه عملكــرد و تــرين روش بــراي بــه دســت آوردن منحنــي شــده آزمــايش آب آزاد پروانــه شــناخته

هـاي منحنـي هـاي آب آزاد در حوضـچه، عـالوه بـر تـست در ايـن پـروژه . باشـد ارزيابي هيدروديناميكي پروانـه مـي

ــزار عــددي حجــم محــدود ــرم اف ــا اســتفاده از ن ــه در آب آزاد ب ــه دســت آمــده نيــز ) FLUENT(عملكــرد پروان ب

و در پايـان بهتـرين مـدل عـددي گرفـت مـورد بررسـي قـرار ،سـازي هاي مختلـف مـدل انواع روش همچنين .است

ددي انتخــاب مغــروق توســط روش عــ مــدل پروانــه نيمــه پــس از آن .شــد بررســي جريــان حــول پروانــه انتخــاب

29 -Lift force 30 -Full cavitate 31 -Back side 32 -Trailing edge

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

سـازي و هـاي موجـود در مـدل همچنـين بـه نتـايج و انـواع ناپايـداري .گـشت تحليـل و عملكـرد آن بررسـي ،شده

].۵ [ شد هاي برطرف كردن آن پرداخته راه

ــروژهســازي مــدلروش ــر مبنــاي معــادالت هيــدروديناميكي در ايــن پ ــراي RANS ب ــه نيمــهب مغــروق پروان

اثـرات چگـالي همچنـين . اسـت بـوده نيافتـه هـاي سـازمان بـا اسـتفاده از مـش در يك جريـان پايـدار طراحي شده

هـاي مختلـف شـرايط بررسـي شـد و مـدل بـر روي مـدل ... مش، نوع مـدل توربوالنـسي، الگـوريتم حـل عـددي و

.مرزي براي ورودي و خروجي جريان به دست آمد

بــراي مقــادير مختلــف )η وKQ وKT (هــاي مشخــصه عملكــرد پروانــه شــامل ، منحنــي ايــن مرحلــه پايــاندر

ايـن نمودارهـا بـا نمودارهـاي بـه دسـت آمـده . دمـ آ هاي مختلـف جريـان بـه دسـت براي مدل ) J(ضريب پيشروي

ــسه و صــحت محاســبات كنتــرل شــد ــست مــدل در حوضــچه مقاي ــايج ت ــايج . از نت ــه يكــي از نت ــوان نمون ــه عن ب

. نشان داده شده است۹هاي انجام شده در شكل تحليل

مغروق نيمه ل استحکام پروانهتحلي )۷-۴

ــه ــشان داده اســت كــه طراحــي پروان ــه ن هــاي نيمــه مغــروق تحــت بارهــاي هيــدروديناميكي در حالــت تجرب

ــضمين ــره نمــي عــادي، ت ــا بارهــاي اعمــال شــده در شــرايط كننــدة اســتحكام پ ــسه ب ــادير آن در مقاي باشــد و مق

دهنـدة پروانـه، كـافي نيـست و تنهـا بـه تـشكيل كاركرد شناورهاي تندرو و بـا توجـه بـه خـصوصيات واقعـي مـواد

هـاي اسـتحكام پروانـه .منظور در اختيار داشتن يك تخمـين اوليـه بـراي آغـاز فراينـد طراحـي پروانـه كـارايي دارد

].۶و۷ [باشد ترين پارامترها در عملكرد يك شناور تندرو مي مغروق يكي از مهم نيمه

ـ یهـا ق بـه جـز روش مغـرو هـاي نيمـه تحليل استحکام پرة پروانه تـرين سـاده . از سـه راه ممکـن اسـت ی تجرب

اســت کــه از جملــة ايــن روابــط بــه رابطــة یبنــد ارايــه شــده توســط موســسات ردهیهــا راه، اســتفاده از فرمــول

. اشاره کردتوان ی م٣٣شونهر

شـناخته شـده اسـت و روش ٣٤ روش تيـر يـک سـر گيـردار ان اسـت کـه بـه عنـو یروش دوم يک روش تحليل

در مـورد . بـر آن اسـاس اسـت ی مبتنـ یافزارهـا و نـرم ٣٥ بهترين روش اسـت، همـان روش اجـزاي محـدود سوم که

مغـروق اسـتفاده از روش اجـزاي محـدود يمـه ن یهـا خـاص ماننـد پروانـه یهـا بـا اسـکيو زيـاد و پروانـه یها پروانه

33 -Shounher 34 -Cantilever beam theory 35 -Finite element method

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

ــ ــشنهاد م ــود یپي ــق از .ش ــن تحقي ــزار در اي ــرم اف ــور ANSYSن ــه منظ ــرنش د ب ــنش و ک ــل ت ــه تحلي ر پروان

:باشد در اين راستا مراحل انجام تحليل به شرح زير مي. استفاده شده است،شده طراحيمغروق نيمه

ه پروانمدل بر روي استخراج شده از تحليل هيدروديناميكيبارگذاري اعمال •

اعمال شرايط مرزي •

دهندة پروانه تعريف حد تسليم مواد تشكيل •

مغروق وانه نيمهتشكيل مدل اجزاي محدود پر •

در اثر بارهاي واردهها و كرنشها آناليز پروانه و تعيين تنش •

ها با نتايج آزمايشات مدل تحليل و مقايسه خروجي •

وارد بـر ٣٦ايج به دسـت آمـده از تحليـل اجـزاي محـدود پروانـه طراحـي شـده كـه شـامل كانتورهـاي فـشار تن

باشـد مـي ٣٨ و نيـز كانتورهـاي تـنش و كـرنش معـادل ٣٧اي هپروانه، كانتورهاي حـداكثر تغييـر شـكل خـارج صـفح

مـورد پروانـه اي سـازه بـا توجـه بـه نتـايج بـه دسـت آمـده از تحليـل . انـد نـشان داده شـده ۱۲ تا ۱۰هاي در شكل

: ديده شده است كهبررسي

در ی نزديـک بـه لبـة فـرار و در مـوارد ديگـر ی اثر اسـکيو در مـوارد مختلـف باعـث تمرکـز تـنش در نـواح -۱

.شود یلبة حمله م

.آيد ی ريشة پره به وجود میاسکيو کم، تمرکز تنش بيشتر در نواحمغروق با نيمه در پروانه-۲

ی و روش آن و همچنـين دقـت محاسـبة بارهـا یبنـد نـوک پـره بـه نـوع المـان یهـا دقت محاسـبة تـنش -۳

].۸و۹ [ داردی بستگیهيدروديناميک

يي نهاتعيين پارامترهاي اصلي پروانه )۷-۵

اي هـاي هيـدروديناميكي و سـازه و انجـام تحليـل مغـروق موجـود هـاي نيمـه با توجـه بـه بررسـي انـواع پروانـه

)۲-جدول( .ه است شدانتخاب نهاييپارامترهاي اصلي پروانه در چند مرحله،

36 -Pressure contours 37 -Out plane deflection 38 -Equivalent stress & strain

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

مغروق طراحي شده نيمهابعاد اصلي پروانه : ۲-جدولItem QTY.

Diameter [m] 0.7 Number of Blades 4 Pitch (0.7R) [mm] 1055

P/D 1.5 EAR 0.6

Efficiency 74% Material NIBRAL

تست مدل )٨

تـست مـدل در ،مغـروق طراحـي شـده پارامترهـاي اصـلي پروانـه نيمـه تعيـين پس از پايـان طراحـي اوليـه و

شـد و نتـايج حاصـل بـه انجـام هـاي معتبـر نـصب شـده روي شـناور در يكـي از آزمايـشگاه حالتآب آزاد و نيز در

ــستماتيك ــهصــورت ســري سي ــروق هــاي نيمــه پروان ــدوينمغ ــراي طراحــي گــشت ت ــايي ب ــه مبن ــده ك هــاي آين

)۱۳- شكل( .باشد مي

هــا بــراي هــاي عملكــرد هيــدروديناميكي آن مغــروق و ديــاگرام هــاي نيمــه توليــد ســري سيــستماتيك پروانــه

.گردد رين دستاورد اين طرح محسوب ميت اولين بار در كشور انجام شده است و به عنوان مهم

ساخت نمونه، تست دريا، توليد انبوه )۹

ــاتي ــصديق طراحــي در شــرايط عملي ــه منظــور ت ــه توســط صــنايع ،پــس از تــست مــدل ب ــه پروان يــك نمون

ــر روي شــناور ــي ســاخته و ب ــدرج در جــدول ۵/۱۶داخل ــا مشخــصات من ــري ب ــه ۱ مت ــصب شــد و دســتيابي ب ن

مغــروق در حــال حاضــر در مرحلــه توليــد انبــوه توســط طــرح پروانــه نيمــه. گــشت نــات در دريــا ثبــت۵۵ســرعت

.باشد صنايع داخلي مي

گيري نتيجه )۱۰

:هاي طرح حاضر برشمرد توان به عنوان خروجي موارد ذيل را مي شده،با توجه به مباحث مطرح

ــي • ــتفاده از خروج ــام اس ــسافربر، نظ ــناورهاي م ــواع ش ــة ان ــأمين پروان ــور ت ــه منظ ــرح ب ــي، ط ي، تفريح

…اي، خدماتي و مسابقه

ــه • ــه عنــوان هفتمــين كــشور طــراح و توليــد كننــده پروان ــه در داخــل كــشور ب ايجــاد خــط توليــد پروان

مغروق سطحي نيمه

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

آوري شدن فن جلوگيري از خروج ارز با توجه به بومي •

مغروق و بهبود كيفيت طراحي شناورهاي تندرو توسعه دانش فني پروانه نيمه •

كميل زنجيرة طراحي و توليد سيستم رانش شناورهاي تندرو در داخلت •

سري سيستماتيك پروانهتوليد •

افزايش سرعت در زمينههاي برتر آوري يابي به فن امكان دست •

جلوگيري از ريسك تحريم اين محصول در داخل كشور •

داخلر د ماه توليد۱-۵/۱ ماهه خريد خارج به حدوداً ۹كوتاه كردن مسير •

ــي و • ــي طراح ــش فن ــه دان ــتيابي ب ــد دس ــة تولي ــستماتيك پروان ــري سي ــا SPPس ــناورهايي ب ــراي ش ب

hp ۲۵۰۰-۶۰۰ نات و توان۳۵-۸۰سرعت

مراجع )۱۱

[1] Funeno, I., “On Viscous Flow around Marine Propellers –HubVortex and Scale Effect-”, Proceedings of New S-Tech 2002 (Third Conference for New Ship and Marine Technology), pp. 17-26, 2002 [2] Martínez-Calle, Julián, “AN Open Water Numerical Model for a Marine Propeller: a Coparsion with Exprimental Data”, Proceedings of the ASME FEDSM’02 2002 Joint US-European Fluids Engineering Summer Conference July 14-18, 2002. Montreal, Canada [3] Carlton, J.S.,”Marine Propellers and Propulsion”, Butterworth-Heinemann, London. 1994 [4] John P. Breslin, “Hydro Dynamics of Ship propeller”, CAMBRIDGE University Press, London. 1994 [5] Andrew Kendrick, L. Blair Carroll, Nick Pussegoda, et al., Louis S. St. Laurent Propeller Damage Analyses, Transportation Development Centre (TDC), 1993 [6] Dian J. Georgiev, Modeling of the Propeller Blade’s Deflection Using Shell Finite Element, Id No. 96d4032, 1996 [7] Chang-Sup Lee, Yong-Jig Kim, Gun-Do Kim, In-Sik Nho, Case Study on the Structural Failure of Marine Propeller Blades, Korea, 1998 [8] Jen-Shiang Kouh,Choh-Hsien Han, Yen-Jen Chen, A New Geometric Modeling for Marine Propellers, Institute of Engineering of Taiwan Unuversity, 2004 [9] Carlton, J.S, ‘Marine propeller and propulsion’, Butterworth-Heinemann Ltd., 1994. Breslin J.P. and Andersen P.,: Hydrodynamics of Ship Propellers, Cambridge Ocean Technology Series 3, 1994.

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

اشكال )۱۲

هاي رانش سيستممغروق و ساير پروانه نيمه راندمانمقايسه: ۱-شكل

مغروق تصويري از يك شناور تندرو مجهز به سيستم رانش سطحي و پروانه نيمه: ۲-شكل

فرم عمومي جانمايي نصب سيستم رانش سطحي: ۳-شكل

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

هاي متداول مغروق با مقطع پروانه مقايسه عملكرد مقطع پروانه نيمه: ۴-شكل

در تحقيق حاضرSPPدياگرام مراحل طراحي پروانه : ۵-لشك

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

ها با توجه به امكان وقوع كاويتاسيون مقاطع پروانهانواع : ۶-شكل

SPPروش طراحي پروانه : ۷-شكل

شده بندي شده پروانه طراحي بعدي و مدل مش سهمدل: ۸-شكل

انجمن مهندسی دریایی ایران همایش صنایع دریایینهمینمجموعه مقاالت

بر حسب نيوتنهاي پره كانتورهاي نيروي وارد بر المان: ۱۰-شكل قبل از اسكي J=1.0كانتور فشار روي سطح پروانه در : ۹-شكل

بر حسب پاسكالكانتورهاي حداكثر تنش معادل :۱۲-شكل بر حسب متركانتور حداكثر تغيير شكل خارج صفحه : ۱۱-شكل

تست مدل پروانه و شناور نمونه: ۱۳-شكل