هاور کرافت Hovercraft

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1009

سپاس: 676

جنسیت:

تماس:

هاور کرافت Hovercraft

پست توسط rohamjpl »

هاورکرافت از دمنده ها برای تولید حجم زیادی از هوا در زیر بدنه یا بالشتک هوا استفاده می کند که کمی بالاتر از فشار اتمسفر است. اختلاف فشار بین هوای با فشار بالاتر در زیر بدنه و هوای محیطی با فشار پایین در بالای آن باعث بالا رفتن می شود که باعث شناور شدن بدنه در بالای سطح در حال اجرا می شود.هاورکرافت: وسیله نقلیه حمل و نقلی که بر روی یک بالشتک از هوا حرکت می کند.
رادار: دستگاهی است که اشیاء را با استفاده از امواج مایکروویو تشخیص می دهد.
پیلون: پست پشتیبانی
پروانه دینامیک: دستگاه دو پره ای که حرکت را فراهم می کند.
باله: دستگاه فرمان.
سکان: دستگاهی که از رانش جلوگیری می کند.
ورودی هوای فن بالابر: باز برای ورود هوا.
جعبه دنده درایو سطح اصلی: محفظه ای که مکانیسم دنده را در بر می گیرد و از آن محافظت می کند.
انگشت دامن: بخشی از دامن انعطاف پذیر.
ورودی مسافر: دهانه ای در دیوار جانبی که دسترسی به کابین مسافر را فراهم می کند.
دامن انعطاف پذیر: قسمت انعطاف پذیر پایین.
سطح شیب دار درب کمانی: باز شدن در جلو.
عرشه کنترل: اتاقکی که از آن یک هاورکرافت کار می کند
هوای ورودی به هاورکرافت, از طریق پروانه (fan) به زیر سازه و بالشتک‌ها منتقل شده و سبب خیزش (hovering) یا بلند شدن وسیله از روی سطح و استقرار آن بر روی توده‌ای از هوای تحت فشار می‌شود. بدین ترتیب در زمان حرکت نیروی مقاوم شناوری تا حد قابل توجهی کاهش می‌یابد و هاورکرافت با استفاده از سیستم رانش و ملخ هوایی به حرکت در می‌آید. در این شناورها به سبب جدایی سطح استقرار و بدنه شناور (وجود فاصله هوایی بین آنها), استفاده از سیستم‌های رانشی آبی (مثل واترجت) میسر نیست. معلق شدن هاورکرافت روی قشری از هوا این امکان را فراهم می‌کند که با نیروی کمی بتوان جهت حرکت آنرا تغییر داد. از طرفی این ویژگی, حساسیت هاورکرافت را در برابر نیروهای ناخواسته خارجی (نظیر بادهای جانبی و امواج) به شدت افزایش می‌دهد,
اساس کلی کار یک هاورکرافت این است که بر روی لایه ای از هوا حرکت می کند. این کار با استفاده از یک پروانه محقق می شود که هوای بیرونی را به درون محفظه هوا می کشد و سپس آن هوا را از طریق نازلهایی که بر روی رینگهای حلقوی در سرتاسر کفه مسطح هاورکرافت سوار شده ا ند به بیرون می راند. این هوای خروجی سپس به زمین برخورد می کند و در نیتجه و آنگاه از لبه های اطراف هاورکرافت فرار می کند.
استفاده از این پروانه موجب پیدایش یک ناحیه با فشار هوای کم در بالای هاورکرافت و یک ناحیه با فشار هوای بیشتر در زیر هاورکرافت می شود. این اختلاف فشار باعث تولید نیروی بالا برنده می شود.
از آنجائیکه هوا درست به سمت زمین رانده می شود این حالت تاثیرات زمینی نامیده می شود.
هاور کرافت بر روی یک بالشتک حاوی هوا حرکت می کند. این هوا درون بالشتک به وسیله یک فن به زیر هاور کرافت فرستاده می شود.
این امر باعث کنده شدن هاور کرافت از زمین می شود. مقدار این ارتفاع می تواند، با توجه به مقیاس هاورکرافت تغییر کند. مثلاً 6 اینچ تا 108 اینچ (443/2 میلی متر تا 152 میلی متر).
مقدار وزنی که یک هاور کرافت می تواند جابجا کند برابر است با فشار بالشتک ضرب در مساحت زیرین هاورکرافت. برای کارآمدتر ساختن این وسیله ضروری است که از فرار کردن این هوا جلوگیری کنیم.
بنابراین هوا به وسیله ابزاری به نام Skirt محدود می شود. این ها اغلب جنس پارچه ای دارند.
اسکرت های هاور کرافتها برای جدا ساختن بخشهای کوچکی به نام Segment (قطعات بسیار کوچک) به کار می روند و به همین خاطر از نظر شکلی بسیار متفاوت با یکدیگر می باشند.
اغلب هاور کرافتهای Neoteric از سیستم Segmented Skirt بهره می گیرند، زیرا هر کدام از این Segmentها به تنهایی قادر است هنگام عبور از موانع منعطف گردد، بنابراین هنگام عبور از سطوح ناهموار هوای بسیار کمی از دست می رود.
اصطکاک و هاور کرافت:
اصطکاک نیرویی است که در تماس دو جسم با یکدیگر واقع می شود. اصطکاک در جهت جلوگیری از حرکت عمل می کند و قبل از اینکه جسم بتواند حرکت کند باید بر اصطکاک موجود غلبه کرد.
انرژی ای را که می توان از آن برای به حرکت در آوردن وسیله استفاده کرد، در عوض برای غلبه بر اصطکاک استفاده می شود و به گرما تبدیل می شود. برای کاهش اصطکاک یک جسم باید تا حد امکان صاف و مسطح باشد، یا تلاش کنیم تا مقدار سطح در تماس با زمین به حداقل برسد.
در یک هاورکرافت لایه هوای زیر وسیله و هوای خروجی وسیله را از زمین بلند می کند و این بدان معنا است که هیچ تماسی وجود ندارد و در نتیجه اصطکاک وجود ندارد.
گردش پروانه ها و راندن یک هاورکرافت:
هاورکرافت به وسیله یک پروانه که توسط یک موتورر تغذیه می شود، به جلو رانده می شود. پروانه هاورکرافت درست مانند پروانه هواپیما کار می کند. هر کدام از لبه های پروانه به شکل یک بال هواپیما میباشد.
مادامی که پره های می چرخند، میان جلو و عقب پروانه یک اختلاف فشار هوا بوجود می آید. در نتیجه یک نیروی جلو برنده تولید می شود و هاور کرافت می تواند به جلو حرکت کند. با استفاده از رادر می توانیم جریان هوای تولید توسط پروانه را تغییر دهیم و در نتیجه هاورکرافت می تواند به سمت چپ یا راست حرکت کند.
رادر در پشت پروانه قرار داد، و با کنترل گیربکس یا موتور خودش حرکت می کند. اگر در به سمت راست چرخانده شود هاورکرافت به سمت چپ رانده می شود. راندن یک هاور کرافت در مقایسه با راندن یک ماشین یک قایق و یا یک هواپیما بسیار نادقیق تر است، زیرا در وسایل نقلیه مذکور برای حرکت بر اصطکاک با هوا، آب یا زمین استفاده می شود.
یک هاور کرافت بر روی لایه ای از هوا شناور است و بنابراین چیزی وجود ندارد که به آن فشار آوریم تا بتوانیم کنترل دقیق داشته باشیم.
متوقف کردن هاورکرافت (فایق آمدن بر اینرسی بدون استفاده از اصطکاک):
اینرسی تمایلی است که جسم در حالت سکون، ساکن بماند، یا جسم متحرک به حرکت خود ادامه دهد. اغلب وسایل نقلیه که در حال حرکت هستند (ماشینها یا قایقها) عاقبت خواهند ایستاد، زیرا بدون صرف انرژی برای غلبه بر اصطکاک، مختوم به خودی خود به گرما تبدیل می شود و از بین می رود.
از آنجائیکه هاورکرافت تماس اصطکاکی با زمین ندارد، تنها راه نگاهداشتن آن استفاده از مقاومت هوا است (تماس اصطکاکی با هوا) تنها دو راه برای متوقف کردن یا کاهش سرعت هاورکرافت وجود دارد.
یکی اینکه حرکت پروانه را معکوس کنیم و دوم اینکه جریان هوای عبوری از پروانه را تغییر دهیم و در اینصورت با حرکت رو به جلوی هوا یک نیروی ترمز ایجاد کنیم. سیستم رانش

یکی از سیستم‌های اساسی هاورکرافت, سیستم رانش است. این سیستم که شامل ملخ یا فن می‌شود, می‌تواند به شکل‌های گوناگون نیروی رانش را برای شناور تأمین نماید. معمولاً در شناورهای بزرگ یا شناورهایی که در آنها بازدهی سیستم رانش از اهمیت برخوردار است, از ملخ دارای داکت (duct) استفاده می‌شود. در سیستم رانش هاورکرافت‌های نظامی, ملخ‌های آزاد (بدون داکت) استفاده بیشتری دارند, زیرا در این حالت ملخ قدرت لازم را تأمین می‌کند و از طرفی با حذف داکت, در وزن کل نیز صرفه‌جویی می‌شود. علاوه بر این, مسئله دیگری نظیر آسیب‌پذیری و دید راداری نیز حذف داکت را الزامی ساخته است. در شناورهای کوچک, که معمولاً با سرعت حداکثر 80 کیلومتر بر ساعت کار می‌کنند, می‌توان از پروانه ترکیبی استفاده نمود. منظور از پروانه ترکیبی حالتی است که حدود یک سوم نیروی پروانه برای خیزش و دو سوم آن برای رانش استفاده می‌شود. استفاده از ملخ دارای داکت در سیستم رانش, برای شناورهای مسافربری دارای موتورهای دیزلی, بسیار رایج است. به علت وجود ذرات گرد و خاک و سنگریزه‌های حاصل از عمل بالابری, ضرورت ایجاد تمهیدات اضافی برای حفاظت از لبه حمله پره‌های ملخ و پروانه ضروری است. با توجه به سرعت دورانی ملخ, ذرات آب نیز مانند سمباده عمل می‌کنند و در نتیجه استفاده از روکش در کل پره و خصوصاً لبه حمله ضروری است. قابل ذکر است که در شناورهای اولیه از ملخ‌های آلومینیومی استفاده می‌شد. اگرچه ملخ‌های مذکور کارآیی خوبی داشتند, اما از نظر سایش لبه حمله و مقاومت در برخورد با اجرام معلق آسیب‌پذیر بودند. تداوم حرکت در سواحل شنی و وجود نمک و ترشحات نمکی نیز سبب تشدید این سایش می‌شد.
عوامل مهم در انتخاب ملخ عبارتند از : سرعت دورانی, سرعت شناوری, قطر, زاویه گام, وتر یا پهنای پره, کارآیی, نیروی رانش و توان ورودی. هر یک از عوامل مذکور محدودیتی را در انتخاب ملخ اعمال می‌کنند. در عمل چهار عامل اصلی در انتخاب ملخ وجود دارد که عبارتند از توان ورودی به ملخ, سرعت شناوری, دور موتور و نیروی رانش لازم. بر همین اساس, در حال حاضر روش انتخاب ملخ به این صورت است که پس از انجام طراحی چیدمانی و محاسبات اولیه, بر اساس نیروهای پسای هیدرودینامیکی و حداکثر سرعت, مقدار نیروی رانش تعیین می‌شود. از دیگر سو, توان ورودی به ملخ با توجه به محدودیت‌های موتور مشخص می‌شود و محدودیت قطر نیز با نظر سرطراح به کارخانجات سازنده اعلام می‌شود تا نمودار مشخصه ملخ تهیه و ارسال شود و به همراه تعیین قیمت, انتخاب نهایی صورت گیرد. البته این اولین گام در انتخاب هندسه یک ملخ است و در مرحله بعد جنس ملخ, نوع تنظیم, روکش‌های ضدسایش, عمر مفید, مقاومت در برابر خوردگی, نحوه اتصال و تغییر گام آن مطرح می‌شود. اغلب به علت وجود عدم قطعیت در ثابت نگه‌داشتن همه عوامل انتخاب ملخ به‌صورت مقایسه‌ای انجام می‌شود.
تجهیزات جانبی ملخ و سیستم رانش برای کنترل هاورکرافت
استفاده از تجهیزات کنترلی رانش, به عنوان عاملی مهم در کنترل راستای حرکت شناور حائز اهمیت است. در برخی از مدل‌های هاورکرافت, با استفاده از داکت‌های گردان, جهت حرکت هاورکرافت تغییر می‌کند. این سیستم دارای قابلیت مانور بسیار بوده و تنها عیب آن سنگین شدن پایه‌های تقویتی و توان مصرفی موتور است. بهره‌گیری از این سیستم در هاورکرافت‌های سنگین نظامی موجب برتری مانور و رزم دریایی شده و به توانایی‌های عملیاتی شناور می‌افزاید. سیستم کنترل گام ملخ و تغییر نیروی رانش نیز جزو تجهیزات کنترلی سیستم رانش محسوب می‌شوند. در این سیستم با استفاده از تغییر گام ملخ سرعت شناور کنترل می‌شود و در وضعیت گام صفر, سرعت به صفر کاهش می‌یابد. استفاده از ملخ دارای گام متغیر یکی از کارآمدترین شیوه‌های کنترل حرکت هاورکرافت است. در گام صفر, ملخ نیروی رانشی تولید نمی‌کند و هاورکرافت در ایستایی کامل است. با افزایش گام, نیروی رانشی تولید شده افزایش می‌یابد, به نحوی که در حداکثر گام, نیروی رانش به بیشترین میزان خود می‌رسد. سیستم کنترل گام ملخ که به روش‌های برقی یا هیدرولیک عمل تغییر گام را انجام می‌دهد, یکی از مهم‌ترین سیستم‌های کنترلی هاورکرافت به‌شمار می‌رود.
یکی دیگر از سیستم‌های کنترل هاورکرافت, بکارگیری بخشی از جریان هوای پروانه است. در این روش با هدایت جریان هوای پروانه و خروج آن از ناحیه دماغه, سبب تغییر جهت هاورکرافت و گردش‌های موضعی آن می‌شود. به علت محدودیت‌های ساختاری و ظرفیت موتور, نمی‌توان از این سیستم در بسیاری از طرح‌های هاورکرافت استفاده نمود.
توجه خلاصه مطلب کار هواناو
دو اصل اصلی هاورکرافت بالابر و نیروی محرکه هستند. لیفت امکان حرکت کشتی را از طریق بالشتک هوا فراهم می کند. حرکت با جریان هوا از بالا به پایین کرافت به دست می آید. برای حفظ پایداری کشتی، مقدار مناسبی از هوا باید جریان داشته باشد. اگر جریان هوای هدایت شده به زیر سفینه بیش از حد زیاد باشد، کشتی بیش از حد بالای زمین شناور می شود. اگر جریان هوای هدایت شده به زیر کشتی خیلی کم باشد، کشتی روی زمین می ماند. منبع این جریان هوا یک فن است و می توان از آن برای بالابر و رانش استفاده کرد. فن یک فن معمولی نیست. زیرا یک فن معمولی هوا را مستقیماً به عقب نمی دمد. هوا را به شکل مارپیچی می چرخاند. بنابراین در اینجا از توربین ها یا پره های ثابت استفاده می شود. می تواند هوا را از چرخش خارج کند.
پایداری هاورکرافت به شکل بدن بستگی دارد. پایداری برای منطقه بزرگتر پایه بالا است. سرعت برای شکل‌های باریک و طولانی‌تر افزایش می‌یابد. اما ثبات کاهش می یابد. هاورکرافت با انتهای گرد دارای ثبات و سرعت است. با افزایش ثبات، سرعت کاهش می یابد.
هاورکرافت روی یک بالشتک از هوا شناور می شود که به دلیل نیرویی که توسط فن وارد می شود شناور است. این دلیل برخاستن یا بلند شدن کاردستی است. مقدار بالابر بستگی به اندازه کاردستی دارد.
مقدار کل وزنی که می تواند توسط هاورکرافت افزایش یابد = فشار بالشتک * مساحت هاورکرافت
هاورکرافت های معمولی از پروانه یا نوعی فن محوری استفاده می کنند. فرض می کنیم ارتفاع هواناو در حالت ثابت است و تنها تفاوت ها در فشار و چگالی جو است.
بزرگی نیروی رانش (در حال حاضر یک بعدی فرض کنید) فقط به صورت زیر به دست می آید:
$F = \frac{ 1 }{ 2 } \rho \ A_{disc} \ \left( C_{in}^{2} - C_{out}^{2} \right) = \frac{ 1 }{ 2 } \rho \ A_{disc} \ \Delta C^{2}$
که ρ چگالی اتمسفر، Adisc مساحت دیسک پروانه، Cin سرعت ورودی در ورودی هوا، و Cout سرعت خروجی در اگزوز است
تصویر

ارسال پست