تجزیه و تحلیل رفتار دینامیکی پرتابه پرسرعت سوپرکاویتاسیون، مبتنی بر داده‌های یک پژوهش آزمایشگاهی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی دریا، مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان

2 استادیار مجتمع هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

3 استادیار مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان

چکیده

در مقاله حاضر، با استفاده از اطلاعات یک پژوهش آزمایشگاهی انجام شده قبلی، نیروها و ممان وارده بر یک پرتابه سوپرکاویتاسیون استخراج و مورد ارزیابی قرار گرفته است. به جرات می‌توان این آزمایش را با توجه به سرعت بالای پرتابه و تکنیک تصویرنگاری، از نمونه‌های کم نظیر، در شمار آورد. در آزمایش پیش گفته، پرتابه بعد از خروج از پرتاب‌گر و پیمایش مسیری کوتاه در هوا، با زاویه‌ای اندک نسبت به سطح آزاد سیال (آب)، بدان ورود می‌یابد. با توجه به در اختیار بودن فیلم ‌سرعت بالای این آزمایش و به کمک تکنیک‌های پردازش تصویر انجام شده، در ابتدا، مقادیر سرعت و شتاب پرتابه در هر لحظه از زمان، استخراج گردید. در مرحله بعد، نیروها، ممان و متعاقب آن ضرایب هیدرودینامیکی وارده بر پرتابه، حاصل گردید. نتایج برازش اطلاعات در این پژوهش نشان می‌‌دهد، مقدار ضریب درگ (C_D) با پیش‌بینی‌های موجود همخوانی نسبی دارد اما نتایج مرتبط با مقادیر ضرایب برآ و گشتاور پیچشی (C_L و C_M)، حاوی اطلاعات کم نظیری است که سبب تغییر برخی از فرضیات قبلی موجود در ادبیات پرتابه‌های سوپرکاویتاسیونی خواهد شد. پژوهش حاضر همچنین اطلاعات سودمندی در ارتباط با نحوه‌ی تغییرات سرعت زاویه‌ای پرتابه، ارائه می‌نماید که در موضوع بررسی رفتار پایداری این وسایل کاربرد دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] رامیار ع (1386) کاویتاسیون و سوپرکاویتاسیون. انتشارات دانشگاه صنعتی مالک اشتر.

[2] Rand R, Pratap R, Ramani D, Cipolla J, Kirschner I  (1997) Impact dynamics of a supercavitating underwater projectile. Proceedings of ASME Design Engineering Technical Conferences (DETC’97), Sacramento, CA, Sept.

[3] Kulkarni SS, Pratap R (2000) Studies on the Dynamics of a Supercavitating Projectile. Appl Math Model 24(2): 113-129.

[4] Mirzaei M, Alishahi MM, Eghtesad M (2015) High-speed underwater projectiles modeling: a new empirical approach. J Braz Soc Mech Sci 37(2): 613-126.

[5] Savchenko Y, Vlasenko Y, Semenenko V (1999) Experimental study of high-speed cavitated flows. Int J Eng Fluid Mech 251-257.

[6] WANG H-b, ZHANG J-z, WEI Y-j, YU K-p, JIA L-p (2005) Study on relations between cavity form and typical cavitor parameters. J Hydrodyn 2.

[7] JIA L-p, Cong W, WEI Y-j, WANG H-b, ZHANG J-z, YU K-p (2006) Numerical simulation of artificial ventilated cavity. J Hydrodyn Ser B 18(3): 273-279.

[8] Rabiee A, Alishahi M, Emdad H, Saranjam B (2011) Part A: Experimental investigation of unsteady supercavitating flows. Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering 35(M1): 15.

[9] Rabiee A, Alishahi M, Emdad H, Saranjam B (2011) Part B: Numerical investigation of unsteady supercavitating flows. Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering 35(M1): 31.

[10] Rabiee A, Alishahi M, Emdad H, Saranjam B (2011) Experimental investigation of bounce phenomenon. Scientia Iranica. 18(3):416-22.

[11] فروزانی ح، سرانجام ب، کمالی ر (2016) تحلیل برخورد زمان‌مند الاستوپلاستیک پرتابه پرسرعت با سطح آب. مکانیک سازه­ها و شاره­ها 281-98 :(3)6.

[12] Truscott TT, Epps BP, Belden J (2014) Water entry of projectiles. Annual review of fluid mechanics 46: 355-378.

[13] فروزانی ح، سرانجام ب، کمالی ر، ربیعی ع (2017) شبیه سازی عددی و بررسی تجربی حرکت یک جسم پرسرعت زیرسطحی. مکانیک سازه­ها و شاره­ها 230-217 :(1)7.   

[14] GUO Z-t, Zhang W, Cong W (2012) Experimental and theoretical study on the high-speed horizontal water entry behaviors of cylindrical projectiles. J Hydrodyn Ser B 24(2): 217-225.

 [15] Zhao C, Wang C, Wei Y, Zhang X, Sun T (2016) Experimental study on oblique water entry of projectiles. Mod Phys Lett B 30(28): 1650348.

[16] Wei Z, Hu C (2015) Experimental study on water entry of circular cylinders with inclined angles. J Mar Sci Technol 20(4): 722-738.

[17] Erfanian MR, Anbarsooz M, Rahimi N, Zare M, Moghiman M (2015) Numerical and experimental investigation of a three dimensional spherical-nose projectile water entry problem. Ocean Eng 104: 397-404.

[18] Mao X (2010) Nonlinear robust control design for a high-speed supercavitating vehicle.

[19] Dzielski J, Kurdila A (2003) A benchmark control problem for supercavitating vehicles and an initial investigation of solutions. Modal Anal 9(7): 791-804.

[20] Truscott TT (2009) Cavity dynamics of water entry for spheres and ballistic projectiles.

[21] Savchenko YN, Vlasenko YD, Semenenko V (1999) Experimental studies of high-speed cavitated flows. Int J Fluid Mech Res 26(3).

[22] Kiceniuk T (1954) An experimental study of the hydrodynamic forces acting on a family of cavity-producing conical bodies of revolution inclined to the flow.