سیستم رانش در قایق های پرنده

[simab1348]

گر چه طراحي و ساخت قايق هاي پرنده در مقايسه با وسايل پرنده ديگر ارزان تر است، اما طرف ديگر دستيابي به دانش فني آن نياز مند دقت و توجه بيشتري از سوي متخصصان مي باشد. در تحقيق حاضر، که سعي شده تا يکي از پارامترهايي که در طراحي و عملکرد قايق هاي پرنده نقش عمده ايفاء مي کند، يعني " سيستم پيشرانه" تحليل گردد. با توجه به آنکه سيستم رانش در اين شناورها براي حالت برخاست سايز مي گردد، نقش مکان استقرار و ساير مشخصات آن به تنهايي و به طوراهم نسبت به دم افقي از اهميت ويژه اي برخوردار خواهد بود.

مقدمه

به موازات توسعه قايق هاي پرنده در دفاتر طراحي، انجام تحقيقات پرامتريک آن نيز در مراکز تحقيقات دنيا ادامه دارد. در واقع پس از پرواز موفقيت آميز اين شناور ها بود که ارزش سرمايه گذاري در تحقيقات آن بيشتر مطرح شد. هر يک از مراکز تحقيقاتي به نوبه خود بر روي بررسي پارامترهاي مختلفي همچون ضرائب آيروديناميکي، ضرائب و کيفيت هاي هيدروديناميکي، کنترل و پايداري،بهينه سازي، نقش هندسه بال و بدنه، تاُثير دم افقي و سيستم رانش و محل استقرار آن و... متمرکز شدند. به همين خاطر هم در هريک از زمينه هاي فوق موفقيت هاي چشمگيري کسب شده است، گر چه هنوز هم به جراُت نمي توان مباحث طراحي اين شناورها را به تنهايي منطبق بر تحقيقات مستقل آنها در نظر گرفت. به هر حال در اين شناور نيز، همانند هر وسيله پروازي ديگر، تغيير هر يک از پارامتر هاي طراحي نقش عمده اي در عملکرد پروازي آن خواهد داشت.

پس از جنگ جهاني دوم، استفاده روز افزون از شناور هاي تندرو، روند رشد و تکامل انواع شناور ها را سرعت بخشيده است.

شناور هايي مانند کاتاماران ها، هيدروفويل ها، قايق هاي تندرو تک بدنه و چند بدنه، قايق هاي پرنده و هاور کرافت ها به همراه پيشرفت فناورانه زير سيستم هاي آن،رشد و توسعه يافته اند. حجم گسترده آب بر روي کره زمين از يک سو و لزوم افزايش سرعت شناور هاي موجود از سوي ديگر، تغيير نگرش در طراحي و ساخت شناور هاي با ويژگي هاي متفاوت را اجتناب ناپذير ساخته است. حال آنکه انگيزه هاي ديگري مانند کاهش مصرف سوخت و راحتي حرکت نيز در اين راستا قابل حصول مي نمايد.

سيستم پيشرانه در قايق هاي پرنده

سيستم پيشرانه در قايق هاي پرنده را مي توان شبيه سيستم پيشرانه هواپيما ها دانست . در واقع استفاده از موتورهاي پيستوني در شناورهاي کوچک و موتورهاي جت در انواع بزرگتر و موتورهاي توربوجت در اواع سنگين همانند هواپيما مي باشد.

اما بايد توجه داشت که به هرحال اين موتورها بايد طوري تنظيم شوند که در شرايط سطح دريا پيوسته و باحداقل صدمات حاصل از املاج موجود در آب دريا و خوردگي ناشي از آن به کار خود ادامه دهند . در واقع موتور در اين شرايط با دماي محيطي بالاتري نسبت به شرايط کارکرد در هواپيماها روبرو است. علاوه بر اين شرايط خوردگي در محيط نيز به مراتب بيشتر است و همين امر نيز سبب محدوديت هاي بي شماري در طراحي سيستم رانش و انتخاب موتور در اين شناور ها شده است .

مکان و توان سيستم پيشرانه

مکان سيستم پيشرانه در هواپيما معمولاً بر روي دماغه ، جلوي بال ها و يا محل تقاطع محور دم مي باشد که در طرح هاي متعارف بيشتر همين موارد مشاهده مي گردند . اما در قايق هاي پرنده به علت شرايط محيطي ، بويژه وجود رطوبت ناشي از بخار اشباع آب درياها ، اين سيستم بايد حتي الامکان در بالاترين ارتفاع و حداکثر فاصله تا سطح آب طراحي گردد. در قايق هاي پرنده معمولاً سه شکل در آرايش سيستم پيشرانه مرسوم است:

1-سيستم رانش در جلو بال به منظور ايجاد ram effect خاصل از هواي خروجي از ملخ بر روي بال ها ،

2-سيستم رانش بر روي بدنه در ناحيه پشت کابين در بالاترين قسمت،

3-سيستم رانش در جلو دم و در بالاترين مکان ممکن ؛

نمونه هايي از سيستم رانش جلو دم و در بالاترين مکان ممکن در هواپيماها و حتي قايق هاي تندرو و مقدار توان محاسباتي (برچسب درگ بيشينه وسيله) و براي سرعت بيشينه و يا شرايط مانوري بحراني طراحي مي گردد. نمودار نيروي درگ و تراست مورد نياز بر اساس سرعت در قايق هاي پرنده را م توان مشاهده نمود.

در اين نمودار دو نقطه بيشينه مفروض وجود دارد که نقطه اول مربوط به پيشينه درگ هيدروديناميکي يا Hump Drag و نقطه بعدي نشان دهنده مقدار درگ در سرعت بيشينه است .در واقع پديده غالب تا نقطه 1 درگ هاي هيدروديناميکي و از اين نقطه تا نقطه 2 درگ هاي آيرو ديناميکي همانند هواپيما ها است .اين درگ ها ناشي از شکل ، ممنتم،زبري سطحي و درگ القايي بال است . اما نکته حائز اهميت فاز برخاست اين شناورها سات. چنانکه اگر شناور در طول مسير پرواز دچار انحراف از تريم اوليه خود گردد و زاويه pitch اضافي به خود بگيرد، عمل برخاست مشکل و شناور تابع سطح موجدار زيرين مي گردد ؛ و نوع ديگري از درگ به نام " تريم درگ" در شناور ايجاد مي شود که گاه ممکن است برخاست را غير ممکن سازد

در اين شرايط شناور نمي تواند به سرعت نامي خود برسد و در واقع شرايط بسيار نامناسبي براي آن ايجاد مي گردد .

در اين حالت سيستم پيشرانه بيشترين صدمه را خواهد ديد ؛ زيرا به علت وجود سرعتکم و در نتيجه عدم دسترسي موتور به مقدار هواي مناسب و از طرف ديگر کارکرد موتور در دور بيشينه؛ دماي نقاط حساس موتور افزايش مي يابد . و احتمال وارد آمدن صدمات جدي به نقاط موتور وجود دارد . اين شرايط در حالتي که امواج دريا از مقدار تعريف شده براي شناور نيز بيشتر شود ؛ ممکن است حادث گردد؛ زيرا بر اساس طول موج امواج دريا شناور از حالت تريم خود خارج شده و نمودار حرکت شناور از حالت A به B تغيير پيدا مي کند .در اين شرايط دقت در تنظيم زاويه نصب موتور اهميت ويژه اي مي يابد ؛ زيرا با تغيير زاويه نصب موتور در اين شرايط مي توان تمايل شناور را به حرکات موجي کاهش دادو با تاثير مضاعفي که مي توان از دم افقي گرفت . دماغه شناور را با دوران مثبت ؛ و جدا از آب نمود .

در قايق هاي پرنده براي افزايش قابليت دريانوردي در امواج با فورس بالاتر،معمولاً از يک موتور اضافي (واترجت)در پايين ترين قسمت بدنه در موقعيت Step استفاده مي گردد .تا هم فشار کمتري به موتور اصلي که معمولاً موتور هوايي است وارد شده و هم با تغيير در مکان نيروي تراست . ممان منفي بر روي شناور کاهش يابد .شکل (6)

در مجموع تغييرات زاويه برداري نيروي تراست حاصل از ملخ هوايي که بر اساس تبعيت از شکل امواج دريا به صورت لحظه اي تغيير مي کند ، تصحيح گردد.

با توجه به موارد فوق ، ملاحظه مي گردد که گاهي به علت شرايط محيطي به اجبار بايد شرايط بحراني تري را در طراحي در نظر گرفت و سيستم پيشرانه را بر آن اساس طراحي نمود . به همين خاطر معمولاً سيستم رانشي قايق هاي پرنده تواني بيش از آنچه در پرواز کروز نياز است. دارند با توجه به استانداردهاي موجود ( هواپيماهاي آب نشين far)، کافي است نيروي تراست ؛ 20درصد بالاتر از مقدار بيشينه درگ سرعت بيشينه برسد ، امام در قايق هاي پرنده گاه بايد تا 30 درصد ؛ اين نيرو را بالاتر گرفت؛ زيرا اين شناور علاوه بر رسيدن به سرعت بيشينه هيدروديناميکي بايد برخاست از آب را نيز پشت سر بگذارد؛ در چنين شرايطي است که در پرواز نرمال شناور داراي مقداري توان اضافي خواهد بود .

نقش زاويه موتور در کيفيت برخاست

زاويه موتور نيز از دوسو در کيفيت برخاست نقش بسزايي خواهد داشت. از يک سو با زاويه دار شدن موتور بردار نيروي تراست داراي مولفه قائم مي شود و مقداري از وزن شناور مستقيماً خنثي مي گردد و مولفه ديگر بايد بر برآيند نيرويهاي درگ غلبه نمايد و از سوي ديگر نيز Downwash ملخ تاثير عمده اي بر روي سطوح کنترل بخصوص دم افقي و الويتور خواهد داشت .

مشکلات نصب سيستم پيشرانه در قايق هاي پرنده

هر چند شکل سيستم پيشرانه در اين شناورها شبيه هواپيما است ؛ اما به علت پرواز در سطح دريا و با وجود دماي محيطي به مراتب بيشتر ؛ اغلب نصب موتور بدون اعمال تمهيدات لازم؛ مشکلات و صدمات جدي را در برخواهد داشت . اين مشکل از همان ابتداي تست اين شناور ها قابل مشاهده مي باشد . به منظور رفع اين مشکل و به طور خاص حذف افزايش دما در نقاط حساس موتور و کنترل عملکرد سيستم رانش ؛ موارد زير قابل اجرا خواهد بود:

1-افزايش حجم آب سيستم خنک کننده تا 5/2 برابر .

2-نصب سيستم فن بر روي رادياتور به منظور کاهش سريع دما در مواقع لازم .

3-جابه جايي مکان رادياتور به منظور افزايش حجم هواي آزاد عبوري از آن ؛

4-جا به جايي مکان رادياتور روغن مانند مورد 3 و افزايش حجم آن ؛

5-نصب کانال هوايي بر روي سيلندر ها جهت هدايت بهتر هوا بر روي بدنه سيلندرها و خنک شدن آن ؛

6-نصب Aircooler در حد فاصل خروجي توربو شارژر و ورودي کاربوراتر،

7-جابه جايي مکان اگزوز جهت کاهش انتقال حرارت به بدنه سيلندر و خنک شدن بوسيله هواي آزاد؛

8-نصب سنسورهاي اضافي در موقعيت هاي حساس جهت مشاهده و کنترل به موقع دما،

9-تنظيم فاصله الکترود شمع ها مطابق دستورالعمل موتور؛

10-اضافه کردن پمپ سوخت کمکي به منظور تنظيم و افزايش نسبت سوخت به هوا در هنگام ضروري (افزايش نسبت سوخت به هوا در شرايط لازم.)

11-استفاده از سوخت با مشخصه هاي سازگار با موتور؛

به اين ترتيب با بررسي دماهاي نقاط حساس مانند هواي خروجي اگزوز . دماي آب گردشي در سر سيلندر ها؛ دماي خود سر سيلندرها ؛ دما و فشار روغن، مي توان به کنترل عملکرد موتور پرداخت . در اين ميان يکي از نتايج کسب شده از تست هاي پروازي در شرايط مختلف ، آن بود که به وجود توربو شارژر در قايق هاي پرنده بايد با حساسيت بيشتري کنترل گردد. و يا حتي الامکان در شرايط اقليمي گرم از موتورهاي بدون توربو شارژر در قايق هاي پرنده استفاده نمود.

نتيجه گيري

به طور کلي مي توان از بسياري از موتورهاي هوايي در قايق هاي پرنده استفاده نمود . تجربيات موجود در دنيا نيز حاکي از همين امر است . ليکن به منظور تطبيق شرايط موتور با عملکرد وسيله بايد تمهيداتي را در سيستم هاي خنک کننده و کنترل دما در نقاط حساس اعمال نمود . در آينده نيز مي توان نيز مي توان اميدوار بود که برخي موتورهاي درايي قابليت نصب بر روي قايق هاي پرنده را با توجه به پيشرفت هاي فناوري پيدا نمايند که مستلزم ارضاي محدوديت هاي وزن و عملکرد آنها است .

مرجع

1-محمد رضا صادقي زاده ؛ گزارش تست هاي ميدانيSTA و بهينه سازي بر اساس نتايج هر مرحله .1382




نقل از: مجله پژوهشيار/

[Morteza313]

توضیح اینکه این مقاله در واقع بخشی از امکان سنجی طراحی قایقهای پرنده در صنایع دفاعه،


همون موقع هم که امکان سنجیر پاور سورس ارائه شد، اولین نقدی که درست بهش وارد کردند این بود که چرا رو ملخهای CRP یا پادگرد کار نشده ،

در صورتی که تجربیات خود روسها نشون میداد عملا تراست بالا و ار پی ام بیش از 2500 تا 3000 به دلیل تور ویک برای پرنده مشکل ساز میشه و در نمونه هایی از یاک-16 هم اگر اشتباه نکنم می تونید ملخهای دو مرحله ای پادگرد رو ببینید.