کارگاه آموزشی آشنایی با زیردریایی، طراحی و ساخت زیردریایی های مدل

1. کارگاه آموزشی آشنایی با زیردریایی،طراحی و ساخت زیردریایی های مدل ارائه دهنده ؛ بهروز اسدی

3. مقدمه تعریف، تاریخچه، نقش و عملکرد زیردریایی ها

4. زیردریایی • در یک تصویر کلی : شناوری دو زیست که علاوه بر قابلیت حرکت در سطح آب، قابلیت حرکت در عمق آب را نیز دارا می باشد.

5. مشخصه اصلی زیردریایی • این مزیت بخصوص در مباحث نظامی پوشاننده سرعت کم این وسیله نسبت به شناورهای سطحی محسوب می شود. • آنچه به عنوان مشخصه اصلی زیردریایی ها مطرح می گردد، قابلیت حرکت در عمق آب توسط آنهاست.

6. مروری بر تاریخچه پدایش زیردریایی ها • اولين زيردريايي در سال 1580 توسط ويليام بورن انگليسي ساخته شد. • در سال 1620 شخصی بنام ون دربل اولین زیردریایی را ساخت، كه می‌توانست در عمق 5/4 متری حركت كند. • اولین اقدامات در این زمینه بر مي گردد به 300 سال پيش از ميلاد و در مصر باستان • در سال 1578 اولين اشکال زيردريايي پديدار گشت که از چوب ساخته شده و ظاهري مانند قايق وارونه داشت.

7. اولين زيردريايي نظامي جهان توسط ديويد باشنل امريکايي در سال 1776 ساخته شد. • در سال هاي جنگ داخلي آمريکا موتور بخار اختراع گرديد، واز آن زمان تا سال 1896 آمريکايي ها توانستند زيردريايي را با نام نهنگ بسازند که باموتور بخار حرکت مي کرد. • در سال 1900 اولين زيردريايي با موتور الکتريکي و باتري هاي قوي ساخته شد . • در سال 1904 اولین زیردریایی كه با موتور دیزل- الكتریكی كار می‌كرد، در فرانسه ساخته شد • در سال 1954 اولین زیردریایی با سوخت هسته‌ای ساخته شد

8. بي شك عمده ترين دليل توسعه و تكامل ساختار زيردريايي ها در طول زمان استفاده از آنها به عنوان يك سلاح كاملاً استراتژيك بوده است. • زيردريايي ها از ديرباز به علت مشخصه­ي مهم خود، يعني قابليت رفتن به عمق آب، به عنوان وسيله اي كه سببي بر برتري نظامي در حوزه ي دريا است، شناخته مي شدند. به گونه اي كه در اختيار داشتن چنين وسيله اي براي هر كشوری با مرز آبي يك مهم تلقي مي شود.

9. هولناک­ترین زیردریایی جنگ جهانی اول • نبرد زیردریایی­ها در جنگ جهانی اول یکی از هولناک­ترین نبردهای تاریخ محسوب می­شود که بر اثر آن میلیون­ها تن کشتی و زیردریایی غرق شد و هزاران انسان به اعماق دریا فرستاده شدند. • در این میان از زیردریایی U-35 آلمان می­توان به عنوان هولناک­ترین زیردریایی جنگ جهانی اول نام برد. این زیردریایی تنها در یکی از سفرهای خود در دریای مدیترانه 54 کشتی را غرق کرد. U-35 در طول خدمت خود، بیشترین تلفات را به دشمنان آلمان وارد نمود چراکه مجموعاً توانست 195 کشتی با تناژ حدود 500000 (پانصد هزار) تن را غرق کند.

10. تقسيم بندي زيردريايي ها در یک تقسیم بندی کلی زیردریایی ها را می توان به دو دسته زیر تقسیم بندی کرد : • زیردریایی های بزرگ سرنشین دار • زیردریایی های بدون سرنشین و مدل

11. زیردریایی های بزرگ

13. هدف گذاری در طراحی زیردریایی • سرنشین دار بودن و یا یک زیردریایی مدل • وظیفه کاری و تعریفی برای آن • شرایط کاری • امکانات، تجهیزات و قابلیت ها • نحوه کنترل • انرژی مصرفی • میزان عمق روی • و...

14. زیردریایی های مدل • زیردریایی های مدل از نقطه نظرهای مختلف دسته بندی می شوند. • این زیردریایی ها از نوع زیردریایی های بدون سرنشین و عموماً با ابعاد کوچک می باشند. • از این نوع زیردریایی ها تحت عنوان ربات های زیرسطحی نیز یاد می شود.

15. دسته بندي انواع ربات‌هاي زيرآبي • ربات‌هاي زيرآبي کوچک: • ربات‌هاي زيرآبي الکتريکي با قابليت بالا • ربات‌هاي ژرف‌پيما با قابليت دستيابي به اعماق فوق العاده زياد • ربات‌هاي زيرآبي با ابعاد بزرگ و با قابليت انجام کارهاي سنگين • ربات‌هاي زيرآبي خودکار و بدون نياز به کابل • ربات‌هاي زيرآبي توسط مشخصه‌هايي نظير اندازه، عمق قابل دستيابي، توان مصرفي و ديگر مشخصات الکتريکي و يا الکتروهيدروليکي شناسايي و دسته‌بندي مي‌گردند.

17. انواع ربات­های کنترلی زیرسطحی براساس وزن، حجم و قابلیت توان • نوع میکرو ؛ کمتر از 3 کیلوگرم وزن داشته و عمدتاً برای غواصی در مکان­هایی که برای غواص امکان غواصی وجود ندارد استفاده می­شود. • نوع مینی ؛ این نوع تا 15 کیلوگرم نیز وزن دارد. عمدتاً کمتر از نوع میکرو برای غواصی استفاده می­شود. • نوع عمومی ؛ این نوع کمتر از 5 اسب بخار توان در سیستم رانش دارد و در حد یک سونار کوچک و یا چراغ زیرآبی را حمل می­کند، عمق این تجهیزات تا 100 متر هم می­رسد. • نوع سبک کاری ؛ این نوع تا 50 اسب توان داشته و دارای یک بازو نیز بوده و تا 200 متر عمق نیز بکار می­رود. • نوع سنگین کاری ؛ این نوع تا 220 اسب توان و دست کم 2 بازو دارد. و تا اعماق 3500 متر کار می­کند. • نوع مخصوص حفاری ؛ این نوع بیش از 200 اسب بخار و غالباً کمتر از 500 اسب بخار توان دارند. این تجهیزات توانایی حمل کابل و خوابانیدن آن در کف اقیانوس تا عمق 6000 متری را دارند.

18. اجزاء و ساختمان زيردريايي هاي مدل • بدنه آب بند و بدنه کاذب • سيستم غوص و صعود: مخزن يا مخازن بالاست (شناوري) • سيستم قدرت و رانش (باطري، موتور و پروانه) • سيستم عملگر سطوح کنترلي (بالکها و سکان و سرو موتورها) • سيستم کنترل راديويي • امکانات ويژه: فيلمبرداري، مانورهاي خاص

19. دسته بندی زیردریایی­­های مدل از نظر نحوه کنترل • زیردریایی­­های مدل ROV • زیردریایی­­های مدل AUV • زیردریایی­­های مدل RC

20. مفاهیمی که باید بدانیم • بدیهی است هر زیردریایی متشکل از سیستم و اجزاء مختلف با جرم های متفاوت و همچنین یک حجم مشخص آببند از بدنه است. • نیروی بویانسی و وزن

21. هیدرواستاتیک شناور (مباحث مربوط به پایداری و تعادل شناور) • هیدرودینامیک شناور (مباحث مربوط به مقاومت بدنه و توان مورد نیاز برای رانش) • جانمایی شناور (مباحث مربوط به چگونگی قرار گیری اجزاء مختلف داخلی و تعیین مرکز ثقل شناور)

22. طراحی و ساخت زیردریایی های مدل

23. موارد اساسی در طراحی • انتخاب نوع شکل بدنه • مشخص کردن قابلیت ها و امکانات • انتخاب تجهیزات و سیستم های مورد نیاز • ابعادبندی بدنه و سطوح کنترلی • مشخص کردن نوع سیستم غوص و صعود • مشخص نمودن نوع سیستم رانش و ملحقات آن • تعیین نحوه کنترل • تجهیزات الکترونیکی • نوع انرژی مصرفی

24. حلزون طراحی

25. اجزاء و ساختمان زيردريايي هاي مدل • بدنه آب بند و بدنه کاذب • سيستم غوص و صعود: مخزن يا مخازن بالاست (شناوري) • سيستم قدرت و رانش (باطري، موتور و پروانه) • سيستم عملگر سطوح کنترلي (بالکها و سکان و سرو موتورها) • سيستم کنترل راديويي • امکانات ويژه: فيلمبرداري، مانورهاي خاص

26. انتخاب شکل بدنه • ضرورت توجه به : • نوع زیردریایی (سرنشین دار و یا مدل، نظامی، تفریحی، ربات و ...) • وظیفه تعریفی برای آن (تجسسی، نصب و انتقال تجهیزات، جوشکاری زیر آب و ...) • سرعت حرکت (توجه به پارامترهای مقاومت) • عمق عملیاتی • در زیردریایی های مدل دایره این انتخاب بیشتر است نسبت به زیردریایی های بزرگ

27. مقایسه ای از شکل بدنه در زیردریایی های قدیمی و جدید

28. شکل های متداول و رایج برای زیردریایی ها و مناسب حرکت زیرسطحی برای داشتن مقاومت کمتر و در نتیجه سرعت بیشتر • شکل بدنه دوکی (تصویر سمت راست) • شکل بدنه آلباکوری (تصویر سمت چپ)

29. ابعاد بندی بدنه • توجه به : • تأمین حداقل بویانسی مطلوب • ملاحظات جانمایی • ملاحظات هیدرواستاتیکی • ملاحظات هیدرودینامیکی

30. جانمایی • توجه به اجزاء مختلف شناور و ابعاد تقریبی و محل قرارگیری آنها

31. جانمایی در زیردریایی های بزرگ

32. چيدماني رايج اجزاء داخلي زيردريايي هاي مدل راديو کنترلي و محفظه هاي آب بند

33. اهمیت بالای چیدمانی اجزا داخلی برای قرارگیری مرکز ثقل در مکان مناسب و جلوگیری از تریم و هیل در شناور

34. ملاحظات هیدرواستاتیکی و هیدرودینامیکی • توجه به ابعاد بدنه برای داشتن محدوده مناسب از پارامترهای پایداری • ابعاد بندی بدنه برای داشتن نسبت طول به قطر بهینه

35. برای داشتن یک شرایط هیدرودینامیکی خوب از بدنه و رسیدن به حداقل درگ Tear drop: L/D=6-7 Parallel middle body: L/D=9-10

36. نمونه هایی از زیردریایی های مدل با نسبت طول به قطر نامناسب

37. نمونه هایی از زیردریایی های مدل با نسبت طول به قطر مناسب

38. اثر زاويه مخروطي پاشنه و قطر پروانه بر ضريب کاهش تراست و ضريب ويک

39. تعیین ابعاد بدنه قسمت مهمی در طراحی محسوب می شود که دقت بالایی را می طلبد. • چرا که شالوده اصلی مقدار نیروی بویانسی در این مرحله بسته می شود. • توجه می شود برای هر زیردریایی با مشخصات معلوم یک محدوده مطلوب از حجم بدنه وجود دارد که خارج بودن از این محدوده عیبی بزرگ در طراحی محسوب می شود. • پس از توجه به کلیه ملاحظات مختلف در تعیین ابعاد بدنه قادر به مشخص کردن محدوده مطلوب ابعاد بدنه زیردریایی می باشیم.

40. نمونه های از بدنه های آب بند داخلی

41. استندهای داخلی بدنه

42. دریچه های جانمایی اجزا در بدنه

43. تعیین مساحت سطوح کنترلی • روش ارائه شده در مقاله سمپوزیم 1983 تقریب خوبی ارائه می کند ؛ M : عددی بی بعد و ثابت L : طول زیردریایی D: قطر زیردریایی A : مساحت سطح کنترلی مورد نظر

44. برای هر زیردریایی با طول و قطر مشخص یک محدوده مناسب از مساحت سطوح کنترلی وجود دارد که خارج بودن از این محدوده عیبی بزرگ در طراحی محسوب می شود.

45. محل قرارگیری سطوح کنترلی • بالک های عقب و سکان ها ؛ در پاشنه و در محدوده 1.5 D از پروانه • بالک های جلو ؛ برای کارایی بیشتر تاکید بر هرچه جلوتر بودن آنها در قسمت سینه

46. مکانیزم سطوح کنترلی • سرو موتورهاي تحريک • ميله هاي رابط • شافت اتصال • آب بندها در محل خروج شافت اتصال

48. غوص و صعود • بدیهی است جهت غوص و صعود وجود نیرویی در راستای قائم بر سازه زیردریایی الزامی می باشد. • این نیرو بسته به شرایط تعادلی دو نیروی وزن و بویانسی ایجاد می گردد. • نیروهای اصلی وارد بر سازه زیردریایی در راستای قائم : • نیروی بویانسی • نیروی وزن سازه

49. حالات بویانسی در زیردریایی • حالت بویانسی مثبت ( W<B ، وزن کوچکتر از بویانسی ) • حالت بویانسی خنثی ( W=B ، وزن و بویانسی با هم برابرند ) • حالت بویانسی منفی ( W>B، وزن بیشتر از بویانسی ) • توجه به برآیند نیرویی در راستای قائم

50. روش غوص و صعود • سیستم غوص و صعود دینامیکی تغییر در نیروی وزن • سیستم غوص و صعود استاتیکی تغییر در نیروی بویانسی