Table of Contents
أولا - الدور الحاسم ل ديناميات تدفق المركبات في تصميم المركبات في أعماق البحار
إن استكشاف أعماق البحار لا يزال واحدا من آخر الحدود على الأرض، حيث يتجاوز الضغط المتطرف 100 1 جو في أعمق الخنادق، وتزيد من سرعة تفاعل المركبات تحت سطح الماء، وتزيد من عمقها، وتزيد من حدة التدفقات الهيكلية، وتزيد من حدة التدفقات التي تدور حولها، وتزيد من حدة التدفقات التي تسودها المركبات.
أهمية الديناميات المتفجرة في تصميم المركبات تحت الماء
(ج) إن تدفق المياه إلى داخل هيكلي، أو إلى جانبه، أو إلى جانبه، أو إلى جانبه، أو إلى جانبه، أو إلى جانبه، فإن تدفق المياه إلى حد ما يولد ] من السحب غير الديناميكي ، مما يعارض مباشرة الدافع أو الضربات أو الطاقة الكهربائية.
وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن تعمل مركبات قاع البحار العميقة في كثير من الأحيان بالقرب من تضاريس قاع البحار المبسطة، حيث تكون التيارات معقدة وغير متوقعة، إذ أن القدرة على الحفاظ على الموقف والطرق تعتمد على مركز التصميم الهيدرودينامي للمركبات - على أساس التموين بالنسبة لمركز الكتلة، ووضع أسطح التحكم، وتفاعل المحركات مع المسار الحر، دون فهم دقيق لديناميات التدفق، لا يمكن للمهندسين أن يصبحوا في حالة صعبة.
المفاهيم الرئيسية في الديناميات المتدفقة للمركبات في أعماق البحار
Drag Hydrodynamic
(ب) السحب الهيدروليكي هو مجموع الاحتكاك والضغط الظاهرين (الشكل) حيث يمكن أن يؤدي إلى حدوث انخفاض في حجم المياه في أعماق البحار إلى هيمنة السحب المتأصل في سرعة منخفضة، بينما يُصبح السحب في شكل كميات كبيرة من الماء أقل من سرعة التحلل.
توزيع الضغط والتركيب الهيكلي
إن الضغط المائي الذي يمتد إلى ٠٠٠ ٤ متر وما بعده يهيمن على القوى المائية، إذ أن ديناميات التذبذب تتفاعل مع نظام الضغط الثابت هذا: فمع وجود تدفقات مياه حول الهيكل، فإن التباينات في الضغط المحلي تحدث نتيجة لتقلبات البرنوللي على السطح المكشوف تقلل الضغط المحلي، بينما تزيد معدلات الازدهار هذه، وتخلق فرق الضغط هذه قوى ولحظات صافية.
Laminar vs. Turbulent Flow and Boundary Layer Separation
كما أن طبيعة طبقة الحدود - الخيط أو الاضطراب - يؤثر تأثيراً لا مبرر له على السحب والحرارة، حيث تحدث أعداد منخفضة من الريد (الطرق المثالية للرقائق الصغيرة أو الجسور) يمكن أن تستمر التدفق الحرفي على معظم الثور، مما يقلل من الاحتكاك الجلدي، غير أن الزهرة غير مستقرة وسريعة التحول إلى الاضطرابات التي تسبب أي خلل سطحي أو حركة.
الإجلاء
إن الاختراق - تشكيل فقاعات البخار عندما ينخفض الضغط المحلي إلى ما دون ضغط بخار الماء - يشكل خطراً على بقشيش الوقود وعلى سطح التحكم الحاد، وفي حين أن مركبات البخار في أعماق البحار يمكن أن تختبر الاختلاط أثناء المناورات السريعة أو عندما تعمل بالقرب من السطح، فإن الاختراق يسبب الضجيج والهوية والتآكل.
"فورتيكس شيدينغ" و "ويك دينام"
ونظراً لأن المياه تجتاز جسماً متوحشاً (مثل إطار ROV أو جهاز استشعار)، يمكن أيضاً أن تُغطى دوامة متغيرة في شارع كارمان أو دودة الارتداد، مما يؤدي إلى تغيير قوات الرفع التي يمكن أن تسبب في ظاهرتي سطو واسمهما ]
استراتيجيات التصميم
مبيدات الفلور المحوسبة في لووب
وتعتمد تصميمات المركبات الحديثة تحت الماء اعتماداً كبيراً على محاكاة البرمجيات البرمجية الفلورية للتنبؤ بأنماط التدفق وتقييم الجرعة وتقييم الاستقرار قبل أن يتم بناء أي نموذج أولي، وتظل بيانات الاختبارات ذات الشكل الافتراضي العالية التي تُجرى في شكل النافر/المذيبات المكيفة للعلامات الفلورية نموذجاً للرموزات المتطورة المعقدة، بما في ذلك أجهزة التقويم والارتداد.
الأساليب التجريبية: دبابات متنقلة ودوائر ضغط
وحتى مع تطور الديوكسينات الوبائية، لا تزال الاختبارات المادية حرجة، إذ تحفز صهاريج الصهاريج على خط مستقيم وتتيح قياسا دقيقا لمرافق السحب واللحظات القذف والأنماط التي تلته، وبالنسبة لمركبات أعماق البحار، فإن نماذج المقياس (الدرجة 1 إلى 2 أو 1:4) تختبر في أرقام اختبارات شركة رينولدز التي تتطابق مع مركباتها على نطاق كامل باستخدام سرعات مياه أعلى أو أقل من الفرنكات الكينات الكينات الكينية (مثلة).
Hull Shape Optimization: Biomimicry and Teardrop Forms
(ب) إن أكثر هياكل المركبات تحت الماء كفاءة عالية في شكل حرارة ممتدة بسرعة، مع وجود أنف مدوَّن ومخلفات ملصقة، وهذا شكل متغيرات ذاتية في شكل محرك متحركة، يُمكن أن يُقلل إلى أدنى حد من الاضطرابات الرأسية التي تُستخدم فيها التمزقات الحادية.
مراقبة السطح وإدارة تدفق المركبات
ويمكن تعزيز القابلية للتشغيل والمناورة بواسطة الزعانف والزجاجات المصممة بديناميات التدفق في الذهن، وتوفر الثوبات ذات العجلات الثابتة استقراراً سلبياً عن طريق إعادة اللحظات التي تُستخدم فيها أجهزة السحب أو السحب الكبيرة.() وتسمح مساحات التحكم في السطح (الطائرات المحمولة) المركبة بتعديل موقفها وطرقها.() ويجب أن يُحسب حجم هذه الأسطح وتركيبها وشكلها في ممر.
اختيار المواد اللازمة للضغوط المستحثة
كما أن الجمع بين الضغط الساكن والتدفق الدينامي يتطلب اختياراً دقيقاً للمواد. كما أن سبائك التيتانيوم (مثلاً، تي-6Al-4V) تستخدم على نطاق واسع في أكوام الضغط بسبب ارتفاع نسبة القوة إلى الوزن ومقاومة التآكل الممتازة للرغاوي التي تحتوي على ميكروفير جو من الماء.
تصميم نظام الإرشاد المتكامل
ويجب أن تكون نظم التبريد على الوجه الأمثل بالنسبة لمدى سرعة المركبة وموجز المهام، وكثيرا ما تستخدم أجهزة الدفع ذات الدفع الحركي في أعماق البحار محركات الدفع وتنتج قوة دفع عالية بالسرعة المنخفضة بينما تحمي متغيرات القاذورات، وتضع المتغيرات في التدفق، وتحسن توزيع الضغط على أجهزة الدفع غير المتحركة وتؤخر الاختلاط.
دراسات الحالة: ديناميات تدفق المركبات ذات السمات العميقة الملحوظة
DSV Alvin] (مركبات مصفحة من البشر)
وقد كان جهاز الاستنشاق التابع للبحرية الأمريكية (Alvin) جهازاً للبحث في أعماق البحار منذ عام 1964، وقد تطورت هذه المركبة على مر السنين من شكل مختلط نسبياً إلى مجال أكثر تبسيطاً من حيث القصف الخارجي المنصف، ولم يكن هيكل الضغط المتقطع يخفض من حيث الشكل المثالي، بل يخفض من مستوى الاستقرارات(30).
ROV Jason] (مركبات تشغيلية عن بعد)
(أ) مؤسسة وودز هول الأوقيانوغرافية Jason ] هي حاصل على رنين مصمم للتصوير العلمي في أعماق البحار وأخذ العينات، وقد عانى تصميمها من جر شديد بسبب العناصر المعرضة للخطر، وقد أضيفت المعارض على مدى عقدين حول رغاوي الغليان، وأُدخلت تغييرات في شكل كابلات مبسطة.
Autonomous underwater Vehicle Nereid-UI]
وقد صُممت مركبة Nereid Under-Ice] (NUI) لتشغيل رفوف الجليد عند مستوى يصل إلى 000 2 متر، ودمج تصميمها الهجين عناصر من مركبة عادية مصفحة ومركبة مفخخة، وهي شكل من الطوابق المتدنية الدراية مع الحد الأدنى من المحركات.
الاتجاهات المستقبلية في بحوث تدفق المياه الجوفية
هضبة التكيف والمورفينج
ومن أكثر الحدود إثارة وضع هياكل تكييفية يمكن أن تتغير في ظروف التدفق. [البشرة الخافضة للتوتر] ] مع مُلَكِّم مُختَطَّر أو مواد تغيير تدريجي يمكن أن تسمح لإحدى المركبات بتغيير صورة أنفها، أو الحد من الجر بسرعة عالية أو تعزيز القدرة على التلاعب بسرعة منخفضة.
الاستشعار والمراقبة في الوقت الحقيقي
ويمكن لمستشعرات الضغط الموزعة ومجسات الأشعة المزروعة التي تجسد في الهيكل أن تقدم ردود فعل آنية بشأن حالة طبقة الحدود، وقد تؤدي المركبات، مجتمعة مع خوارزميات التعلم الآلي، إلى تعديل أسطحها الرقابية، أو القوة المحركة، أو حتى الخشونة السطحية )استخدام المبل ِّغين المجهريين( للحفاظ على الوصل الأمثل للتدفق، وقد ثبتت هذه المراقبة المغلقة للتدفقات في الأنفية في الأنفاق.
المروجون المُلهمون بيولوجيا
وبدلاً من أن يقوم الباحثون بتطوير bionicدافعs] نموذج بعد ذيل الأسماك أو سمك الهلام، ويمكن لهذه الآليات الفاسدة أو غير الناظمة أن تنتج دفعات بينما تقلل الضوضاء وتعمل بكفاءة عالية في سرعة منخفضة، وبالنسبة لاستكشاف أعماق البحار، حيث يجب التقليل إلى أدنى حد من مزايا الارتباك الصوتي لتجنب الاضطرابات البحرية أو الضغط على الأسونار.
Energy Harvesting from Flow
ويمكن أن يكون تدفق المركبات في أعماق البحار مصدرا للطاقة إذا ما تم تسخيره بذكاء، ويمكن أن تغذي المولدات الصغيرة أو المولدات المتدفقة التي تُقام في أعقاب ذلك الطاقة من حركة المركبات أو من التيارات المحيطة، كما أن هناك القليل من المنافذ الحرارية ودرجات الحرارة الشديدة ودرجات التدفق، ولكن من الصعب الحصول على هذه الطاقة دون إزعاج البيئة.
خاتمة
إن ديناميات تدفق المياه هي اليد غير المرئية التي تشكل كل جانب من جوانب تصميم المركبات تحت الماء، بدءا من شكل الهيكل الأولي إلى خوارزميات المراقبة النهائية، ومع أن استكشاف أعماق البحار يدفع نحو العمق الكامل (000 11 متر) والتحمل المتعدد الشهور، تصبح المطالب على أداء الهيدرودينامي أكثر صرامة من أي وقت مضى، وبإدماج الحد الأدنى من الديوكسينات، والتثبت من التجارب، والضغوط المبتكرة، يمكن للمهندسين أن يبنيوا
For further reading on the technical aspects of underwater vehicle hydrodynamics, consult the Woods Hole Oceanographic Institution’s vehicle design resources, the National Academies report on deep-sea vehicle technology, and the