شبیه‌سازی عددی تاثیر زاویه کجی بر عملکرد هیدرودینامیکی و هیدروآکوستیکی پروانه دریایی dtmb

نویز تولیدشده توسط پروانه‌های دریایی یکی از چالش‌های مهم در علوم دریایی و آکوستیک است که بر عملکرد زیرسطحی‌ها تاثیر می‌گذارد و می‌تواند منجر به شناسایی و کشف آن‌ها شود. یکی از عواملی که بر میزان نویز انتشاری موثر است پارامتر هندسی زاویه کجی است که این مقاله به تحلیل عددی آب آزاد تاثیر آن بر عملکرد هیدرودینامیکی و هیدروآکوستیکی پروانه dtmb می‌پردازد. بدین منظور علاوه بر هندسه پایه با زاویه کجی صفر، 4 هندسه با زوایای کجی˚10-، ˚5-، ˚5+،˚10+ طراحی گردید. به‌منظور صحت سنجی شبیه‌سازی انجام‌شده نتایج با نتایج تجربی موردقیاس قرار گرفت همچنین آنالیز استقلال حل از شبکه انجام شد. شبیه‌سازی به کمک نرم‌افزار تجاری دینامیک سیالات محاسباتی+siemens-star ccm و با بهره‌گیری از مدل توربولانسی k-ω sst و معادلات فاکس ویلیامز-هاوکینگز (به‌اختصار fwh) به‌عنوان ابزار اصلی برای تحلیل رفتار صوتی ناشی از حرکات پروانه انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که زاویه کجی باعث افزایش ضریب تراست و ضریب گشتاور پروانه به‌طور هم‌زمان و کاهش راندمان آب آزاد پروانه می‌شود به‌جز در زاویه کجی ˚10- که مقدار راندمان آب آزاد آن تفاوتی با هندسه پایه‌ی بدون زاویه کجی نداشت. در بین حالات موردبررسی کمترین سطح فشار صوت در اغلب بازه‌های فرکانسی مربوط به زاویه کجی ˚5- بود. لذا از منظر عملکرد هیدرودینامیکی زاویه کجی ˚10- عملکردی مشابه هندسه پایه دارد و از منظر میزان سطح فشار صوت زاویه کجی ˚5- بهینه‌ترین موردبررسی بود.

numerical analysis of the effect of rake angle on hydrodynamic and hydroacoustic performance of dtmb marine propeller

the noise generated by marine propellers is one of the significant challenges in marine science and acoustics, affecting the performance of submarines and potentially leading to their detection and identification. one of the factors influencing the level of radiated noise is the geometric parameter of rake angle, which this article numerically analyzes regarding its impact on the hydrodynamic and hydroacoustic performance of the dtmb propeller. to this end, in addition to the baseline geometry with a rake angle of zero, four geometries with rake angles of -10°, -5°, +5°, and +10° were designed. to validate the simulation, the results were compared with experimental data, and a grid independence analysis was performed. the simulation was conducted using the commercial computational fluid dynamics software siemens-star ccm+, employing the k-ω sst turbulence model and the ffowcs williams-hawkings (fwh) equations as primary tools for analyzing the acoustic behavior resulting from propeller movements. the results indicate that the rake angle simultaneously increases the thrust coefficient and torque coefficient of the propeller while decreasing its open-water efficiency, except at a rake angle of -10°, where its open-water efficiency was comparable to that of the baseline geometry without rake. among the cases studied, the lowest sound pressure level (spl) across most frequency ranges corresponded to a rake angle of -5°. therefore, from a hydrodynamic performance perspective, a rake angle of -10° exhibited similar performance to the baseline geometry, while in terms of spl, a rake angle of -5° was identified as the optimal condition examined.