گسترش مدل ریاضی دینامیک شناور پروازی با رویکردِ توزیع فشار نامتقارن

به گزارش مارین نیوز، این پایان نامه توسط ساسان توکلی در مقطع کارشناسی ارشد، رشته مهندسی دریا – گرایش هیدرومکانیک از دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استاد راهنمایی دکتر پرویز قدیمی و دکتر عباس دشتی منش مهرماه 1394 ارائه گردیده است.

در ادامه چکیده این پایان نامه را می خوانید :

در طول چهار دهه‌ی اخیر، مدلسازی ریاضی دینامیک شناورهای پروازی به یکی از مباحث مورد اهمیت در علم هیدرومکانیک تبدیل شده و محققان زیادی سعی بر بررسی این پدیده نموده‌اند. هر چند اکثر محققان توجهات خود را به حرکات قائم شناور سوق داده‌اند و دیگر حرکاتِ شناور پروازی بسیار کم مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در پایان‌ نامه‌ی حاضر، سعی شده‌ است که این خلأ، با ارائه یک مدل دینامیکی برای کوپل حرکات هیو، پیچ و رول شناور پروازی، پر شود. برای دستیابی به این مدل، یک روند گام به گام طی شده‌ است که در هر بخش از آن‌ یک مدلِ ریاضی تهیه‌ شده است. روند این مراحل به‌گونه‌ای بوده‌ای که سه گام اولیه‌ موجباتِ مدل نهایی را فراهم می‌نمایند. 

نطقه‌ی آغازین تحقیق، مدلسازی حرکت پایدار شناور پروازی با زاویه‌ی هیل غیر صفر در آب می‌باشد. برای این منظور یک مدل ریاضی برای محاسبه‌ی ویژگی‌های پیشرویِ شناور هیل شده ارائه شده است. این مدل از فشار وارد بر کف شناور برای محاسبه‌ی نیروها بهره می‌برد. صحت روش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهیِ دو سری شناور پروازی مختلف و گشتاور هیل یک شناور خاص مورد بررسی قرار گرفته و یک اطمینانِ کلی نسبت به روش ایجاد شده است. در این بخش اثرات زاویه‌ی هیل بر ویژگی‌های پیشروی شناور و اثرات سرعت بر گشتاور هیل مورد بررسی قرار گرفته‌اند. 

در گام بعد، حرکات هیو و پیچ شناورهای پروازی با زاویه‌ی هیل غیرصفر در آب مواج مدلسازی شده است. اساس این بخش از کار، استفاده از تغییرات مومنتوم در راستای طول شناور می‌باشد. برای این منظور یک رابطه‌ی جدید برای جرم افزوده‌ی گوه‌ی نامتقارن در حال ورود به آب ارائه شده است و با استفاده از آن نیروهای وارد بر شناور مدلسازی شده‌اند. صحت روش در مقایسه با نتایج پیشین مربوط به حرکات هیو و پیچ در آب مواج و همچنین نتایج مربوط به حرکت شناورهای پروازی نامتقارن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این بخش از پایان‌نامه نشان از افزایش دامنه‌ی شناور و کاهش فرکانس طبیعی حرکات هیو و پیچ می‌دهند.

بعد از مدلسازی حرکات هیو وپیچ شناور پروازی نامتقارن، حرکت رول تنهای شناورهای پروازی مدلسازی شده است. سه رابطه‌ی جدید برای محاسبه‌ی ضرایب رول ارائه شده و صحت روش در مقایسه با آخرین نتایج آزمایشگاهی حاصل شده است. نتایج حاصل از این بخش، وابستگی شدید ضرایب رول شناور را به زاویه‌ی تریم در سرعت‌های بالا نشان می‌دهد. 

در گام آخر، یک مدلِ ریاضی برایِ کوپلِ حرکاتِ هیو، پیچ و رولِ شناور پروازی با استفاده از تئوری دو و نیم‌ بعدی تهیه شده است. در راستایِ دستیابی به این مدل، چهار رابطه‌ برای جرم‌های افزوده‌ی گوه‌ی نامتقارنِ در حالِ ورود به آب استخراج شده است. توسعه‌ی روابط در راستایِ طولی شناور منجربه حصولِ سه رابطه‌ی جدید برای نیرو و گشتاورهای مربوط به کوپلِ حرکاتِ هیو، پیچ و رول شناور پروازی شده است. همچنین روابطِ جدیدی برای جرم افزوده‌های کوپلِ شناور در این حرکت ارائه شده‌اند. روش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی گوناگونی صحه‌گذاری گردیده است. در این بخش اثرات منفی حرکتِ رول بر جرم افزوده‌های شناور و دامنه‌ی حرکات نشان داده شده است. 

شناور پروازی، دینامیک غیرخطی، حرکاتِ هیو و پیچ و رول، ویژگی‌های پیشروی شناور، جرم افزوده گوه‌یِ نامتقارن، تئوری دو و نیم‌بعدی.