طراحی و تحلیل سیستم پیشرانش واترجت برای یک خودروی دوزیست

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترا، دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران، ایران

2 استادیار، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

در این مقاله، سیستم پیشرانش واترجت برای کاربرد در یک خودرو دوزیست با سرعت حرکت طراحی km/h 12 به‌صورت عددی طراحی و شبیه­سازی می­شود. از نرم­افزار سی­اف­توربو (CFturbo) و پمپ­لینکس (PumpLinx) به ترتیب برای طراحی سه­بعدی و شبیه­سازی سیالاتی سیستم استفاده می­گردد. با کمک نرم‌افزار سی­اف­توربو، بهترین مقادیر پارامترهای طراحی پروانه و سایر اجزاء، متناسب با پارامترهای ورودی مورد نظر و بر اساس مراجع و نتایج تجربی معتبر استخراج و اعمال می­شود. به‌منظور ارزیابی و اطمینان از عملکرد سیستم طراحی شده، شبیه­سازی سیالاتی سیستم نیز به‌وسیله نرم‌افزار تخصصی پمپ­لینکس برای توربوماشین­ها انجام می­شود. نتایج شبیه ­سازی سیالاتی، طراحی انجام شده توسط نرم‌افزار سی­اف­توربو را تأیید می­کند که نشان از کارایی و دقت بالای این نرم­افزار در طراحی پره و سیستم واترجت دارد. در نهایت به کمک این دو نرم­افزار قدرتمند و ارتباط بین دو حوزه طراحی جامدات و سیالات، سیستمی بهینه با بازدهی  بالا ارائه می­شود که برطرف‌کننده نیاز مورد نظر است. نتایج تحلیل نشان می­دهد که با استفاده از سه پره پروانه و هفت پره استاتور نیروی پیشرانش محاسبه شده در سرعت جت سیال km/h 12 در دور rpm 1700 قابل‌دستیابی است. همچنین خطوط جریان پس از عبور از استاتور، به‌صورت محوری درآمده است که نشان از عملکرد مناسب استاتور طراحی شده دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and Analysis of a Waterjet Propulsion System for an Amphibious Vehicle

نویسندگان [English]

  • Seyyed Hadi Hosseini 1
  • Jalal Joudaki 2
1 PhD, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده [English]

In this article, the waterjet propulsion system is numerically designed and simulated for use in an amphibious vehicle with a design speed of 12 km/h. CFturbo and PumpLinx software are used for 3D design and fluid flow simulation of the system, respectively. The proper value of propeller design parameters and other components are obtained by using the CFturbo software, and applied according to the desired input parameters and based on valid references and experimental data. To evaluate the performance of the designed system, fluid flow simulation of the system is also performed by PumpLinx software, specifically software designed for turbomachinery simulations. The results of fluid simulation confirm the design parameters obtained by CFturbo software to a great extent, which shows the high efficiency and accuracy of this software in the design of blades and waterjet systems. Finally, with the help of these two powerful software and considering the solid and fluid mechanics design, an optimal waterjet system with high efficiency is designed, which meets the desired need. The results show that the required propulsion force can be achieved by using a waterjet pump with 3 vanes impeller and 7 vanes stator. The amphibious vehicle will obtain the velocity of 12 km/h at 1700 rpm revolution speed. The flow field distribution after passing the stator section becomes axial and uniform which shows the proper design of the stator.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Waterjet Propulsion System
  • Amphibious Vehicle
  • Axial Pump
  • Blade Design

Smiley face

مراجع

  1.  

    1. Costa, I., Maêda, S. M. d. N., Teixeira, L. F., Gomes, C. F. S., Santos, M., Diniz, P. M., Gimenez, A., and Corriça, J. V. d. P. “Comparative Analysis Between Waterjet and Conventional Propulsion : A New Possibility for Use in Brazilian Navy Ships”, Int. Conf. Prod. Res. (ICPR2020), Bahía Blanca, Argentina:, 2020.
    2. Park, W. G., Jang, J. H., Chun, H. H., and Kim, M. C. “Numerical Flow and Performance Analysis of Waterjet Propulsion System”, Ocean Eng. Vol. 32, pp. 1740–1761, 2005.
    3. Pump-jet - Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Pump-jet, 2021
    4. Kilgore, U. “Hydrodynamic Aspects of Tracked Amphibians”, University of Michigan; 1969 May 1.
    5. Chun, H. H., Ahn B. H, and Cha S. M. “Self-Propulsion Test and Analysis of an Amphibious Tracked Vehicle with Waterjet”; Proc. World Maritime Technol. Conf. and SNAME Annual Meet., USA, 2003.
    6. Kim, M. C., Jun, J. G., Park, W. G., and Chun, H. H. “Flow Analysis on the Inside of Duct for the Waterjet System of Tracked Vehicle with Consideration of Interaction of Rotor and Stator”; Proc. Spring Meet. Soc. Nav. Arch. Korea. Korea, 2002.
    7. Bulten N. W. “Numerical Analysis of a Waterjet Propulsion System”, PhD Dissertation, Eindhoven University of Technology, Faculty of Engineering and Applied Science, 2006.
    8. Kim, M. C., Chun, H. H., Kim, H. Y., Park, W. K., and Jung U. H. “Comparison of Waterjet Performance in Tracked Vehicles by Impeller Diameter”, Ocean Eng. Vol. 36, pp. 1438–1445, 2009.
    9. Kim, M. C., Park, W. G., Chun, H. H., and Jung, U. H. “Comparative Study on the Performance of Pod Type Waterjet by Experiment and Computation”, Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng. Vol. 2, pp. 1–3, 2010.
    10. Wang, C., He, X., Cheng, L., Luo, C., Xu, J., Chen, K., and Jiao, W. “Numerical Simulation on Hydraulic Characteristics of Nozzle in Waterjet Propulsion System”, Processes. Vol. 7, pp. 915, 2019.
    11. Cao, P., Wang, Y., Kang, C., Li, G., and Zhang, X. “Investigation of the Role of Non-Uniform Suction Flow in the Performance of Water-Jet Pump”, Ocean Eng. Vol. 140, pp. 258–269, 2017.
    12. Huang, R., Ye, W., Dai, Y., Luo, X., Wang, Y., Du, T., Huang, C. “Investigations into the Unsteady Internal Flow Characteristics for a Waterjet Propulsion System at Different Cruising Speeds”, Ocean Eng. Vol. 203, pp. 107218, 2020.
    13. Guo, J., Chen, Z., and Dai Y. “Numerical Study on Self-Propulsion of a Waterjet Propelled Trimaran”, Ocean Eng. Vol. 195, pp. 106655, 2020.
    14. Salari, M., Kazemi, H., and Doustdar, M. M. “Hydrodynamic Analysis of Stepped Planning Vessels - Sensitivity Analysis of Loading Condition to Air Breathing of Transverse Steps”, Fluid Mech. Aerodynamics. J. Vol. 6, No:1, pp. 1–12, 2017.
    15. Kazemi, H., Shafaghat, R., and Hajiabadi, A. “Numerical Optimization of Weight and Velocity of a Tunneled High Speed Hull, Using Taguchi Method”, Fluid Mech. Aerodynamics. J. Vol. 8, No:1, pp. 15–24, 2019.
    16. Monfared, M., Binesh, A., and Abdollahifar, A. “Numerical Study of the Propulsion System
      Effects on the Aerodynamic Characteristics of a WIG Craft”, Fluid Mech. Aerodynamics. J. Vol. 8, No:2,  pp. 73–86, 2020.
    17. Veres, J. P. “Centrifugal and Axial Pump Design and Off-Design Performance Prediction”, 1994 Joint Subcommittee and User Group Meetings, USA, 1994.
    18. Coull, J. D., and Hodson, H. P. “Blade Loading and its Application in the Mean-Line Design of Low Pressure Turbines”, J. Turbomach. Vol. 135, pp. 021032, 2013.
    19. CFturbo user manual.
مکانیک سیالات و آیرودینامیک
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 30
پاییز و زمستان 1401
اسفند 1401
صفحه 51-64

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 آبان 1401
  • تاریخ بازنگری: 24 دی 1401
  • تاریخ پذیرش: 29 بهمن 1401
  • تاریخ انتشار: 11 اسفند 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار