نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشجوی دکتری پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 کارشناسی ارشد مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی امیر کبیر

چکیده

امروزه استفاده از روش‌های عددی جهت پیش‌بینی حرکات و رفتار شناورها به‌دلیل مزیت‌هایی چون زمان و هزینه کمتر، دقت فزاینده، تنوع سناریوهای مورد بررسی و اصلاحاتی که در مرحله طراحی شناورها با آن می‌توان ایجاد کرد، از توجه بیشتری برخوردار شده‌است. لذا در بحث مانور شناورهای تندرو نیز توسعه به‌کارگیری روش‌های عددی در کنار روش‌های تحلیلی و نیمه‌تحلیلی می‌تواند دید مناسب اولیه نسبت به عملکرد مانور بدنه موردنظر قبل از اجرای روش‌‌های پرهزینه‌تر مدل مقیاس و یا تست میدانی فراهم نماید. در این مقاله بر اساس دستگاه متشکل از چهار معادله حرکات سرج، سوی، یاو و رول، ضرایب مانور وابسته به سرعت عرضی و زاویه رول برای یک شناور پروازی تک‌بدنه با شبیه‌سازی عددی محاسبه شده‌است. برای این‌کار، تست مدل مهارشده مقیاس این شناور و با روش دینامیک سیالات محاسباتی در نرم افزار انسیس سی‌اف‌ایکس مدل‌سازی گردید و نتایج شبیه‌سازی‌ها در زوایای دریفت مختلف، زوایای رول مختلف و سرعت‌های پیشروی متفاوت برای شناور پروازی مد‌نظر در حرکت خط راست آن استخراج گردید. برخی از نتایج شبیه‌سازی با مقادیر حاصلی از روابط نیمه‌تجربی لواندوفسکی مقایسه گردید که اختلافاتی را نشان داده است. همچنین نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که سرعت پیشروی یک عامل موثر بر مقادیر ضرایب هیدرودینامیکی مانور شناور پروازی می‌باشد. ضمن اینکه نیروها و گشتاورهای مانور نسبت به سرعت عرضی به‌صورت خطی تغییر ‌کرده‌است اما با افزایش سرعت پیش‌روی، نیروی عرضی سوی و گشتاور یاو نسبت به زاویه رول به‌ سمت غیرخطی بودن میل می‌کند. در سرعت‌های کمتر می‌توان با تقریب مناسب‌تر این وابستگی‌ها را به‌صورت خطی تخمین زد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • E Alizadeh 1
  • R Pur Gudarzi 2
  • K Saadati 3

چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • maneuvering
  • Hydrodynamic Coefficient
  • planning craft
  • roll
  • drift
  • numerical simulation

[1] Y. Li, "The Simulation of ship maneuvering & course􀀃keeping with escorttus," M.S. Thesis, Department of mechanical engineering, University of British Columbia, 2004, pp. 13-60.

[2] I. R. procedures-guidelines, "Testing and Extrapolation Methods Manoeuvrability Free Running Model Tests," 2005, pp. 1-10.

[3] K.R.Suhrbier, "An Experimental Investigation on the Roll Stability of a Semi-Displacement Craft at Forward Speed," Symposium on Small Fast Warship and Security Vessels, pp. 133-142, 1978.

[4] B. Deakin, Writer, Model tests to assess the manoeuvring of planing craft. [Performance]. Wofson Unit M.T.I.A, University of Southampton, The international HISWA Symposium.

[5] T. I. T. a. I. Y. Katayama, "Effects of Change in Running Attitude on Turning Diameter of Planing Craft," in Proc. Of 2nd PAAMES and AMEC, Jeju Island, Korea, 2006.

[6] T. T. H. F. a. Y. I. Toru KATAYAMA, "DEVELOPMENT OF MANEUVERING SIMULATION METHOD FOR HIGH SPEED CRAFT USING HYDRODYNAMIC FORCES OBTAINED," in 10th International Conference on Fast Sea Transportation, Athens, Greece, October 2009.

[7] E. Lewandowski, Dynamic of marine craft, Advanced series on ocean engineering, volume 22.,2004.

[8] E. Lewandowski, "Transverse dynamic stability of planing craft," Marine Technology, vol. 34, April 1997.

[9] K. Brown.P.W., "Directional stability tests of two prismatic planing hulls. U.S.U.S.CoastGuardResearchandDevelopmentCenter," No. CG-D-11-94,alsoDavidsonLaboratoryReport2614,StevensInstituteof, Hoboken, 1994.

[10] K. Brown.P.W., "Directional stability tests of a 30 degree deadrise prismatic planinghull.U.S.CoastGuardResearchandDevelopmentCenter," ReportNo.CG-D-04-95,alsoDavidsonLaboratoryReport2661,Stevens, Hoboken, 1995.

[11] S. Toxopeus, Writer, VESSIM user guide. [Performance]. Maritime Research Institute, Delft University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Marine Technology, October 1997.

[12] R. Alegrin, A. Bula and O. Tascon, "CFD modeling of 2D asymmetric entry," ship science and technology, vol. 5, no. 9, pp. 99-106, 2011.

[13] T. Katayama and K. Habara, "An Experimental Study on Instability of a Super High-speed Planing Craft with," in 11th International Conference on Fast Sea Transportation, Honolulu, Hawaii, USA, 2011.

[14] J. Calix, J. Hackett, C. Bigler and F. Quadvlieg, "Controllability of high-speed craft," in 10th International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures, Houston, Texas, United States of America, 2007.

[15]C. Simonsen, J. Otzen, C. Klimt and N. Larsen, "Maneuvering predictions in the early design phase using," in 29th Symposium on Naval Hydrodynamics, Gothenburg, Sweden, 2012.

[16] Ansys CFX, Version 14.5.

[17] d. Savitsky, "Hydrodynamic design of planning hulls," Marine technology, 1964.

[18] d. w. Savitsky, "Prodedure for Hydrodynamic evaluation of planning hulls in smooth and rough water," Marine technology, 1976.

 [19] M. G. Morabito, "Prediction of planing hull side forces in yaw using slender body oblique impact theory," Ocean Engineering, 2015.