استفاده از استاتور پیش‌چرخش پروانه به منظور کاهش حرکت دورانی (رول) زیرسطحی و افزایش بازده پروانه

استاتورهای پیش‌چرخش می‌توانند به عنوان یک ابزار برای بهبود عملکرد هیدرودینامیکی پروانه و کاهش گشتاور اضافی پروانه در زیرسطحی‌ها عمل کنند. این گشتاور اضافی در زیرسطحی‌ها با مقطع دایره‌ای می‌تواند باعث ایجاد حرکت غلتشی (حرکت دورانی حول محور طولی) شود. مهم‌ترین و تاثیرگذارترین پارامتر در طراحی این نوع از استاتورها طول کورد، فاصله استاتور تا پروانه و زاویه حمله استاتور است. در این مقاله به بررسی این پارامترها با استفاده از روش تاگوچی جهت استفاده از استاتور برای یک زیرسطحی به منظور کاهش حرکت دورانی حول محور طولی زیرسطحی (کاهش گشتاور اضافی پروانه) و افزایش بازدهی سیستم رانش با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی با کمک نرم افزار تجاری استار سی‌سی‌ام پرداخته شده است. به منظور اعتبارسنجی محاسبات، نتایج شبیه‌سازی یک پروانه سری بی با نتایج آزمایش تجربی مقایسه شده است، نتایج شبیه‌سازی با خطای کمتر از 10 درصد نسبت به داده‌های تجربی بدست آمده است. همچنین به منظور اطمینان از استقلال نتایج بدست آمده از شبکه‌بندی، از روش همگرایی شبکه استفاده شده است. استاتور نهایی طراحی شده برای زیرسطحی در عین حال که گشتاور را 44/47 درصد نسبت به حالت بدون استاتور کاهش می‌دهد، بازدهی سیستم رانش را نیز 2/29 درصد بهبود داده است. همچنین استاتور طراحی شده باعث کاهش گردابه (ورتکس) نوک پره و هاب پروانه شده است.

using the propeller pre-swirl stator to reduce underwater vehicle roll motion and increase propeller efficiency

pre-swirl stators can operate as a device to improve the hydrodynamic performance of the propeller and reduce the excess propeller torque on the underwater vehicle. this excess torque on the underwater vehicle with a circular cross-section can cause harmful rolling motion. the most important and influential parameters in the design of these stators are the chord length, distance from the propeller, and angle of attack. in this paper, these parameters are investigated using the taguchi method and stator design to simultaneously reduce the underwater vehicle roll motion (reduction of excess propeller torque) and increase propeller efficiency using computational fluid dynamics with the help of commercial software star-ccm+. to validate the calculations, the numerical simulation results of a b-series propeller are compared with the existing experimental test, the numerical results are obtained with less than ten error percentages compared to the experimental results.  the grid convergence index has also been used to ensure the independence of the results obtained from the mesh. the final stator designed in this paper reduces the total propulsion torque by 44.47% compared to the non-stator mode and improves efficiency by 2.29%. also, the designed stator reduces the vortex of the blade tip and the propeller hub.