پایان نامه کارشناسی رشته مکانیک مربوط به طراحی بدنه ایرشیپ‌ها و زیر دریائی‌ها
تعداد صفحات پایان نامه: 110 صفحه
دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی با فرمت ورد word
فهرست مطالب
عنوان
فهرست علائم
فهرست جداول
فهرست اشکال
چکیده
فصل اول
مقدمه و مطالعات پیشین
1-1 مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته
1-1-1 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
2-2-2 محاسبات ناحیه گذرا
2-2-3 محاسبات لایه مرزی درهم
2-2-4 روش محاسبه درگ
2-2-5 معیار 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
3-6-7 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4
3-6-8 خروجی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 4
3-6-9 ورودی برنامه برای پروفیل بدنه شماره 5
3-6-10 خروجی 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
فصل اول
1-1 مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته
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 بدنه ایرشیپ 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، توسط پارسنز انجام شده است. روش محاسبه در قالب یک پنل کد می‌باشد که با یک روش لایه مرزی کوپل شده است. زدان یک توزیع محوری از چشمه و چاه را برای نشان دادن میدان جریان اطراف یک جسم معرفی می‌کند. قدرت (شدت) به صورت خطی روی هر المان طول توزیع می‌شود.
در روند محاسباتی آیرودینامیکی ابتدا یک بدنه دوار با ماکزیمم قطر ثابت و نسبت فایننس ثابت تعریف می‌شود.پروفیل بدنه و توزیع سرعت جریان غیر لزج توسط روشهای غیر مستقیم حل جریان پتانسیل بدست می‌آید. پروفیل این بدنه باید به گونه‌ای باشد که در جریان یکنواخت موازی با محور 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 درگ فشاری می‌شود و درگ کلی منحصر به نیروهای ویسکوز در لایه مرزی می‌شود. لایه مرزی به سه ناحیه آرام گذرا و درهم تقسیم می‌شود. برای محاسبه لایه مرزی آرام از متد توویتس استفاده شده که بر اساس رابطۀ مومنتوم می‌باشد. ناحیه گذرا در محاسبات به صورت یک نقطه در نظر گرفته می‌شود که در آن ضریب شکل به طور ناگهانی از آخرین مقدار در ناحیه آرام به اولین مقدار در 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 به صورت 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 شینبروک و سامنر برای جریان با تقارن محوری بدست آمده است. از آنجا که لایه مرزی مجاز به جدایش نیست درگ از نقصان مومنتوم در انتهای لایه مرزی محاسبه 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 مستقیما از کپی پروفیل بدنه ماهی‌های پرسرعت و پرندگان این کار را دنبال کنند. نتیجه تمام این تلاشها منجر به طبقه بندی بدنه هایی با درگ پایین شده است و گرچه از نظر شکل متفاوت هستند ولی ضریب درگهایی خیلی شبیه به هم دارند این بدنه‌ها در شکل 1-1 آمده است.
1-1-1 مدل آیرودینامیکی
جریان اطراف بدنه ایرشیپ با زاویه حمله صفر را به کمک روش سوپر پوزیشن بر روی یک سری توزیع چشمه و چاه که روی محور بدنه و بصورت المانهایی بطول و با توزیع شدتی که توسط یک پاره خط مستقیم و روی المان قرار دارد تخمین می‌زنیم.
خط محوری چشمه و چاه به 20 المان با طول مساوی و در نتیجه به 21 نقطه انتهایی تقسیم می‌شودکه هر المان توزیع شدت خطی دارد (شکل1-3).با مشخص کردن شدت‌ها در 21 نقطه انتهایی توزیع شدت در همه جا تعریف شده است. پروفیل بدنه بوسیله ی تغییر در مقدار شدت این 21 نقطه انتهایی تغییر می‌کند. ترکیبات جدیدی از این 21 شدت تولید می‌شود که در قالب پایان نامه کارشناسی ارشد رضا حسن زاده ارائه شده است. ضریب درگ با استفاده از محاسبات لایه مرزی در نزدیک سطح بدنه بدست می‌آید که محاسبات لایه مرزی آرام و درهم و همچنین ناحیه گذرا که در این تحقیق بررسی می‌شود بطور مفصل در قسمتهای بعدی شرح داده خواهد شد.
این بدنه جدید به عنوان مبنا قرار می‌گیرد و می‌تواند در یک پروسه ی تکاملی بهینه سازی شود تا به پروفیل با کمترین درگ دست یابیم.در چهل سال اخیر سیستم‌های حل مسأله ی بهینه سازی که بر اساس تکامل و وراثت بنا شده‌اند مورد توجه قرار گرفتند،استراتژی تکامل ریخنبرگ]6 [یکی از این روش‌هامی‌باشد.روش قدرتمند دیگری که بر پایه تکنیک‌های هوش مصنوعی می‌باشد و قابل استفاده در فضا‌های عملکرد بزرگ و توابع چند بعدی و چند وضعیتی (دارای چندین می‌نیمم)و غیر خطی می‌باشد، روش الگوریتم ژنتیک است.
فصل دوم
معادلات حاکم وروش حل عددی
2-1 مقدمه
مقاومت ویسکوز بدنه اغلب از حل لایه مرزی محاسبه می‌شود که برای حل لایه مرزی نیاز به دانستن توزیع سرعت در لبه لایه مرزی می‌باشد که از حل جریان پتانسیل بدست می‌آید. لایه مرزی به سه قسمت آرام،گذرا و درهم تقسیم می‌شود. براساس معادله مومنتوم در شرایط جریان پایدار،دوبعدی،تراکم ناپذیر وویسکوز با گرادیان فشار در جهت x داریم.
-2-2 محاسبات ناحیه گذرا
پیش بینی تئوری ناحیه‌ای که گذر از لایه مرزی آرام به درهم رخ می‌دهد، به عنوان یکی ازمسائل پیچیده و مشکل در مکانیک سیالات می‌باشد زیرا ناحیه گذرا به فاکتورهای زیادی مــانند سروصـدا،لرزش، محیـط، زبری سطحی بدنه وگرادیان فشار سطحی بستگی دارد که تعیین اثرات آنها روی ناحیه گذرا مشکل است. اولین تحقیقات جدی در این زمینه در اواخر قرن نوزدهم وتوسط رینولدز صورت گرفت.تحقیقات دیگری توسط گرانویل، کربتری صورت گرفت و به خاطر ناتوانی این متد‌ها در بیان تاثیرات سطح بدنه ومحیط روی پدیده گذر تعدادی از محققان به صورت دلخواه ناحیه گذرا را بین سه تا ده درصد طول بدنه از دماغه در نظرگرفتند که در این روش نیز از همین تجربه استفاده شده است. ناش این ناحیه را به صورت یک نقطه ودرسه درصد طول بدنه فرض کرده است. در ناحیه گذرا چند تغییر اساسی در لایه مرزی رخ می‌دهد.این تغییرات به صورت تغییر در ضخامت جابجایی و ضخامت مومنتوم نشان داده می‌شودکه منجر به کاهش ضریب شکل می‌شود. باجایگزین کردن ناحیه گذر به صورت یک نقطه ناش توانست روش مفیدی برای محاسبه مقادیر و در آغاز لایه مرزی آرام بدست آورد.مقدار در طول ناحیه گذر تغییر نمی‌کند در حالیکه مقدار در شروع لایه مرزی درهم از رابطه تعادلی ناش بدست می‌آید.
