نوع فایل: word
قابل ویرایش 110 صفحه
مقدمه:
در طراحی بدنه ایرشیپ‌ها و زیر دریائی‌ها نکات زیادی مورد توجه قرار می‌گیرد که مهمترین آنها قدرت جلوبرندگی است که به مقدار زیادی بستگی به درگ اصطکاکی روی بدنهایرشیپ دارد و 3/2 درگ کل را شامل می‌شود. کاهش کوچکی در این درگ باعث صرفه جویی قابل توجهی در سوخت می‌شود و یا می‌تواند باعث افزایش ظرفیت حمل و ابعاد ایرشیپ شود.
اولین بهینه سازی عددی شکل، توسطپارسنز انجام شده است. روش محاسبه در قالب یک پنل کدمی‌باشدکه با یکروش لایه مرزی کوپل شده است. زدان یک توزیع محوری از چشمه و چاه را برای نشان دادن میدان جریان اطراف یک جسم معرفیمی‌کند. قدرت (شدت) به صورت خطی رویهر المان طول توزیع می‌شود.
در روند محاسباتی آیرودینامیکی ابتدا یک بدنه دوار با ماکزیمم قطر ثابت و نسبت فایننسثابت تعریف می‌شود.پروفیل بدنه و توزیع سرعتجریان غیر لزج توسط روشهای غیر مستقیم حل جریان پتانسیل بدست می‌آید. پروفیل این بدنه بایدبه گونه‌ای باشد که در جریان یکنواخت موازی بامحور بدنه، لایه مرزی دچار جدایش نشود. با این قید، درگ توسط تغییر در شکل پروفیل بدنه کاهش می‌یابد. محدودیت در عدم جدایش لایه مرزی باعث حذف درگفشاری می‌شود و درگ کلی منحصر به نیروهای ویسکوز در لایه مرزی می‌شود. لایه مرزی به سه ناحیه آرام گذراو درهم تقسیم
می‌شود. برای محاسبه لایه مرزی آرام ازمتد توویتس استفاده شده کهبر اساس رابطۀ مومنتوم می‌باشد. ناحیه گذرا در محاسبات به صورتیک نقطه در نظر گرفته می‌شود که در آن ضریب شکل به طور ناگهانی از آخرین مقدار در ناحیه آرام به اولین مقداردر ناحیه درهم تغییر می‌کند. از آنجا که محل گذر به عواملی مانند: زبری سطحی، سر و صدا، لرزش و غیره بستگی دارد که کنترل آنها مشکل است در بیشتر تحقیقات این ناحیه را بهصورت دلخواه بین سه تا ده درصد طول بدنه در نظر می‌گیرند.
محاسبات لایه مرزی مغشوش بر اساس یک روش ساده انتگرالی معادله مومنتوم بنا شده است، که توسط شینبروکو سامنربرای جریان با تقارن محوری بدست آمده است. از آنجا که لایه مرزی مجاز به جدایش نیست درگ از نقصان مومنتوم در انتهای لایه مرزیمحاسبه می‌شود.
حل این مسأله در ساخت اژدرها، زیر دریائی‌ها و ایرشیپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بعضی از این گونه‌ها پروفیل بدنه را به صورت یک یا دو چند جمله‌ای از درجات مختلف نشان می‌دهند و شامل پارامترهایی مانند شعاع در دماغه و انتهای دم محل نسبی قطر ماکزیمم و شعاع طولی در آن نقطه و شیب دم هستند. بوسیله تغییر در بعضی یا همه این پارامترها در شکلهای مختلف درگ کاهش یافته است. دیگران سعی کرده‌اند که مستقیمااز کپی پروفیل بدنه ماهی‌های پرسرعت و پرندگان این کار را دنبال کنند. نتیجه تمام این تلاشها منجر به طبقه بندیبدنه هایی با درگ پایین شده است و گرچه از نظر شکل متفاوت هستند ولی ضریب درگهایی خیلی شبیه به هم دارند
فهرست مطالب:
فهرست علائم
فهرست جداول
فهرست اشکال
فصل اول
مقدمه و مطالعات پیشین
مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته
مدل آیرودینامیکی
فصل دوم
معادلات حاکم و روش حل عددی
2-1 مقدمه
2-2 محاسبات لایه مرزی
2-2-1 محاسبات لایه مرزی آرام
2-2-2محاسبات ناحیه گذرا
3-2-2محاسبات لایه مرزی درهم
4-2-2 روش محاسبه درگ
5-2-2معیار جدایش
فصل سوم
الگوریتم و برنامه به همراه ورودی و خروجی های برنامه
3-1 روند محاسبه درگ
3-2 الگوریتم محاسبات لایه مرزی آرام
3-3 الگوریتم محاسبات ناحیه گذرا
3-4 الگوریتم محاسبات لایه مرزی درهم و ضریب درگ
3-5 برنامه کامپیوتری به زبان فرترن
3-6 ورودی و خروجی های برنامه برای پروفیل های بدنه شماره 1 تا 7
3-6-1 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1
3-6-2 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1
3-6-3 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2
3-6-4 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2
3-6-5 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3
3-6-6 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3
3-6-7ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4
3-6-8 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4
3-6-9ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5
3-6-10خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5
3-6-11 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 6
3-6-12 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 7
3-6-13 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 6و7
فصل چهارم
ارائه نتایج و بحث و مقایسه
4-1 مقدمه
4-2 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 1
4-3 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 2
4-4 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 3
4-5 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 4
4-6 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 5
4-7 نتایج و بحث برای پروفیل بدنه شماره 6و7
4-8 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 1
4-9 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 2
4-10 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 3
4-11 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 4
4-12 نمودارهای مربوط به پروفیل بدنه شماره 5
4-13 مقایسه ضریب درگ
فصل پنجم
نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 نتیجه گیری
5-2 پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده
فهرست مراجع
پیوست"الف"
فهرست جداول:
جدول 3-1 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1
جدول 3-2 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 1
جدول 3-3 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2
جدول 3-4 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 2
جدول 3-5 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3
جدول 3-6 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 3
جدول 3-7 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4
جدول 3-8 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4
جدول 3-9 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5
جدول 3-10 خروجی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5
جدول 3-11 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 6
جدول 3-12 ورودی‌های برنامه برای پروفیل بدنه شماره 7
جدول 4-1 ضریب درگ برای پروفیلهای بدنه یک تا پنج
فهرست اشکال:
شکل 1-1 پروفیلهای بدنه با کمترین درگ
شکل 1-2 مدل آیرودینامیکی
شکل 1-3 توزیع المانهای سینگولاریتی محوری و شدت در21 نقطه طول بدنه
شکل 3-1 پروفیل بدنه شماره 1
شکل 3-2 پروفیل بدنه شماره 2
شکل 3-3 پروفیل بدنه شماره 3
شکل 3-4 پروفیل بدنه شماره 4
شکل 3-5 پروفیل بدنه شماره 5
شکل 3-6 پروفیل بدنه شماره 6
شکل 3-7 پروفیل بدنه شماره7
شکل4-1 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهمبرای پروفیل شماره 1
شکل4-2 منحنی تغییرات ضریب شکل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1
شکل4-3 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1
شکل4-4 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1
شکل4-5 منحنی تغییرات ضریب اصطکاک سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 1
شکل4-6 منحنی تغییرات عدد رینولدز(که براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 1
شکل4-7 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهمبرای پروفیل شماره 2
شکل4-8 منحنی تغییرات ضریب شکل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2
شکل4-9 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2
شکل4-10 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2
شکل4-11 منحنی تغییرات ضریب اصطکاک سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 2
شکل4-12 منحنی تغییرات عدد رینولدز(که براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 2
شکل4-13 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهمبرای پروفیل شماره 3
شکل4-14 منحنی تغییرات ضریب شکل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3
شکل4-15 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3
شکل4-16 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3
شکل4-17 منحنی تغییرات ضریب اصطکاک سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 3
شکل4-18 منحنی تغییرات عدد رینولدز(که براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 3
شکل4-19 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهمبرای پروفیل شماره 4
شکل4-20 منحنی تغییرات ضریب شکل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4
شکل4-21 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4
شکل4-22 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4
شکل4-23 منحنی تغییرات ضریب اصطکاک سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 4
شکل4-24 منحنی تغییرات عدد رینولدز(که براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره4
شکل4-25 منحنی تغییرات ضخامت ممنتوم بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهمبرای پروفیل شماره 5
شکل4-26 منحنی تغییرات ضریب شکل بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5
شکل4-27 منحنی تغییرات ضخامت جابجایی بدون بعد بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5
شکل4-28 منحنی تغییرات ضخامت لایه مرزی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5
شکل4-29 منحنی تغییرات ضریب اصطکاک سطحی بر حسب طول ایرشیپ درناحیه درهم برای پروفیل شماره 5
شکل4-30 منحنی تغییرات عدد رینولدز(که براساس ضخامت مومنتوم تعریف شده) بر حسب طول ایرشیپ برای پروفیل شماره 5
شکل 4-31 نتایج بدست آمده توسط لوتز و واگنر برای ضریب درگ به روش اپلر
منابع و مأخذ:
مراجع انگلیسی
1- Vahid Nejati and Kazuo Matsuuchi, Aerodynamics Design and Genetic Algorithms for Optimization of Airship Bodies, JSME, No. 02-4140, (2002).
2- Parsons, J.S. and Goodson R.E, Shaping of Axisymmetric Bodies for Minimum Drag in Incomperessible Flow J. Hydronautics, Vol. 8, No. 3 (1974).
3- Zedan, M. F., Potential Flow Around AxisymMetric Bodies, Direct and Inverse Problem, Ph.D. Dissertation, University of Houston, (1979).
4- Pinebrook, W. E., Drag Minimization on a Body of Revolution, Dissertation in the University of Houston, (1982).
5- Young, A. D., the Calculation of Total and Skin Friction Drags of Bodies of Revolution at Zero Iincidence ARC R & M, No. 1874 (1939).
6- Rechenberg, I., Evolution Strategie: Optimize-rung Technischer Systeme Nach Prinzipien der Biologischen Evolution, (1973), Frommann-holz-boog verlag, Stuttgart.
7- Holland, J., Adaptation in Natural and Artificial System, (1975), University of Michigan Press annarbor.
8- Cebeci, T. and Bradshaw, P., Momentum Transfer in Boundary Layers, McGraw- Hill, (1977).
9- Nash, J.F., Turbulent Boundary Layer Behavior and the Auxiliary Equation, ARC CP 835, London (1965).
10- Shanebrook, J.R. and Sumner, W.J., Entrainment Theory for Axisymmetric Turbulent Incompressible Boundary Layer, J. Hydronautics, Vol. 4, No. 4 (1970).
11- Standen N.M., A Concept of Mass Entrainment Applied to Compressible Turbulent Boundary Layers in Adverse Pressure Gradients, Proceedings on the 4th Congress of ICAS, pp. 1101-1125 (1965).
12- Schlichting, H., Boundary Layer Theory, McGraw –Hill Book Co., N.Y. (1968).
13- Lutz, Th.and Wagner, S., Drag Reduction and shape Optimization Air ship Bodies, J. Aircraft, vol.35, No3.(1998) , pp. 345 –
13- Mathews, John, H, Numerical methods for methmatics science and engineering (1943).
14- Smith, I. M, Programming in Fortran 90 for engineers and scientists (1995).
پروژه طراحی بدنه ایرشیب ها وزیر دریای ها. doc