Xuất phát từ thực tiễn trong việc khai thác và sử dụng ngư lôi, ảnh hưởng của xâm thực xảy ra trên bề mặt vỏ bao thân ngư lôi đã và đang được các cá nhân và tổ chức trên thế giới nghiên cứu và tối ưu hóa hình dáng nhằm mục đích khai thác những đặc tính có lợi khi xâm thực xảy ra. Bài viết đưa ra ý tưởng thiết kế vỏ bao thân ngư lôi để nhằm mục đích tạo xâm thực từ đó giảm lực cản của chất lưu, và nâng cao hiệu quả khai thác và tốc độ di chuyển.
CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH XÂM THỰC CỦA VẬT THỂ DẠNG NGƯ LƠI CHUYỂN ĐỘNG TỐC ĐỘ CAO NGẦM DƯỚI NƯỚC BẰNG MÔ PHỎNG SỐ KS Phạm Văn Duyền ThS Phạm Ngọc Ánh Bộ mơn Kỹ thuật khí Tóm tắt Xuất phát từ thực tiễn việc khai thác sử dụng ngư lôi, ảnh hưởng xâm thực xảy bề mặt vỏ bao thân ngư lôi cá nhân tổ chức giới nghiên cứu tối ưu hóa hình dáng nhằm mục đích khai thác đặc tính có lợi xâm thực xảy Tác giả đưa ý tưởng thiết kế vỏ bao thân ngư lơi để nhằm mục đích tạo xâm thực từ giảm lực cản chất lưu, nâng cao hiệu khai thác tốc độ di chuyển Abstract Due to the reality in exploitation and using torpedoes The effects of cavitation on the surface of the torpedo shell have been studied and optimized by individuals and organizations around the world to exploitate the beneficial properties of the cavitation The author proposed the design of the torpedo shell for the purpose of creating a cavity that would reduce the drag of the fluid, and improve its efficiency and speed of movement Key words: supercavitation, submerged body, optimized design Đặt vấn đề Nghiên cứu hiên tượng xâm thực đề tài thu hút từ lâu quan tâm giới nhằm khai thác đặc tính có lợi giảm thiểu ảnh hưởng có hại tới hệ thống dòng chảy, chuyển động hiệu suất thiết bị hàng hải nói chung thiết bị quân ngư lơi nói riêng Nhóm tác giả Chang Xu, Jian Huang thuộc Viện khí trường đại học Bắc Kinh – Trung Quốc thực đề tài nghiên cứu ảnh hưởng xâm thực đám mây tới vật thể dạng đối xứng việc kết hợp sử dụng mơ dịng xốy (2017) Nhóm tác giả cơng bố cơng trình nghiên cứu ảnh hưởng xâm thực đám mây bao quanh vật thể chuyển động gần mặt thống, ngư lơi điển hình Cũng vấn đề ảnh hưởng xâm thực, hai tác giả người Pháp Richard Saurel Jean Pierre Cocchi nghiên cứu dạng xâm thực vật thể dạng ngư lôi chuyển động với vận tốc cao (1999) Một ảnh hưởng có lợi xâm thực tới vật thể ngư lơi giảm lực cản nước, từ nâng cao hiệu khai thác tốc độ di chuyển Vấn đề nghiên cứu đề tài tượng siêu xâm thực Nhóm tác giả S Morteza Javadpour, Said Farahat đến từ đại học Sistan Baluchestan nghiên cứu tượng siêu xâm thực vật thể dạng đối xứng Nghiên cứu vấn đề tác giả Salil S Kulkani Rudra Pratap đưa nghiên cứu động lực học dòng chảy siêu xâm thực… Như thấy vấn đề xâm thực ảnh hưởng xâm thực tới việc sử dụng, khai thác thiết bị hàng hải, thiết bị thuộc lĩnh vực quân quan tâm nghiên cứu Tạo sở liệu quan trọng việc giảm thiểu ảnh hưởng có hại khai thác ảnh hưởng có lợi từ xâm thực Xây dựng mơ hình tốn Mơ hình tốn xây dựng phần mềm Inventor Professional 2014 xuất sang phần mềm Ansys Fluent 14.0 để tiến hành chia lưới đặt điều kiện biên cho toán Bảng 1: Thông số điều kiện hoạt động ngư lôi Stt Độ sâu hoạt động h (m) Vận tốc ngư lôi v (m/s) Điều kiện áp suất đầu vào Pinlet (Pa) Điều kiện áp suất đầu Poutlet (Pa) 50 15 603115 490500 Cơ sở lý thuyết 3.1 Lý thuyết lớp biên cho chất lỏng không nén Lớp biên lớp chất lỏng sát thành rắn vỏ bao ngồi vật thể, độ nhớt chất lỏng thể rõ có chuyển động tương đối chất lỏng thành vật rắn Theo thành vật rắn: Lớp biên bao gồm: lớp biên tầng, miền độ, lớp biên rối Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 58 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 Theo phương ngang: bao gồm lớp biên ngồi lớp biên Hệ phương trình lớp biên: Phương trình Navier- Stokes du 1 F gradp v.u grad(divu ) dt (1) Trong đó: - Tốn tử Laplas, = / độ nhớt động học chất lỏng Phương trình Reynolds dui u i ui p uj (2vDij u 'i u ' j ) dt t x j xi x j (2) Hệ phương trình Prandtl du u v 2u v u x y dx y u v 0 x y u (3) 3.2 Lực cản vật chuyển động chất lỏng Dòng chất lỏng chuyển động với vận tốc U∞ quanh vật rắn cố định Lực cản P hình chiếu vecto lực tác dụng P lên phương U∞ P Cx U 2 S (4) Với Cx hệ số lực cản, khối lượng riêng nước, S diện tích mặt ướt Thành phần lực cản bao gồm P P ms P ap Vật thể có hình dáng khí động xấu: P ms P ap Vật thể dạng cánh, phẳng: P P ms (1 k ), k 0,1 0, 25 Phân tích kết Trong phạm vi báo cáo này, tác giả sử dụng Ansys Fluent để tính tốn xâm thực xảy thân ngư lơi vị trí có rãnh kht Dưới số hình ảnh phân bố áp suất hình thành bọt khí vùng phát sinh xâm thực Hình 1: Kết phân bố áp suất bọt khí thân ngư lơi Bằng việc trích suất kết lực cản theo phưởng chuyển động ngư lôi ta kết Fx = 221560 N Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 59 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 Từ kết tính tốn cho trường hợp khơng thiết kế rãnh kht thân ngư lơi xâm thực khơng xảy vùng Hình 2: Kết phân bố áp suất bọt khí ngư lơi khơng thiết kết rãnh khoét Bằng việc trích suất kết lực cản theo phương chuyển động ngư lôi cho trường hợp rãnh khoét thân ta kết Fx = 286380 N Như việc so sánh hai kết lực theo phương chuyển động ngư lôi Ta thấy vùng có thiết kế rãnh khoét thân có xuất bọt khí xâm thực làm giảm lực cản theo phương chuyển động Kết luận Báo cáo đưa mơ hình thiết kế sơ hình dáng thân ngư lơi với rãnh khoét thân tạo xâm thực Qua bước đầu so sánh ảnh hưởng tích cực việc giảm lực cản chất lưu tới chuyển động ngư lôi Trong báo sau tác giả tiếp tục tối ưu hóa hình dáng nhằm tạo tượng siêu xâm thực để giảm thiểu tối đa lực cản cho ngư lôi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Article in Journal of Fluids Engineering · December 2015 “On the cloud cavitating flow over a submerged axisymmetric projectile and comparison between 2D RANS and 3D LES methods” [2] Article in Journal of Physics Conference Series · December 2015 “On the flow structure of cloud cavitating flow around an axisymmetric body near the free surface” [3] Article in Journal of Fluids Engineering · May 2005 “Shape optimization of the cavitator for a supercavitating torpedo” [4] Journal of theoretical and applied mechanics 2016 “An experimmental and numerical study of supercavitating flows around axisymmetric “ [5] Article in Journal of Fluids Engineering · May 2014 “Study of Characteristics of Cloud Cavity Around Axisymmetric Projectile by Large Eddy Simulation” [6] Article in Ocean Engineering · July 2014 “A study on the collapse of cavitation bubbles surrounding the underwater- Launched projectile and its ” [7] Article in Journal of Physics Conference Series · December 2015 “On the flow structure of cloud cavitating flow around an axisymmetric body near the free surface” [8] PGS.TS Phạm Kỳ Quang, TS Vũ Văn Duy (2015) “Mô số xâm thực cục bánh lái tàu thủy” Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 60 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 CAD/ CAM TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT VỪA VÀ NHỎ CAD/CAM IN THE SMALL AND MEDIUM MANUFACTURE THS VŨ THỊ THU TRANG Viện Cơ khí Tóm tắt Trong giới nay, nhà sản xuất phải phụ thuộc vào công nghê để theo kịp với xu phát triển thị trường Rất nhiều công ty chuyển sang sử dụng hệ thống CAD CAM nhằm mục đích phát triển sản xuất sản phẩm nhanh Do hệ thống có phát triển tiến năm gần đây, nhà sản xuất phải nỗ lực trì liên lạc với nhà cung cấp khai thác tiến thay đổi phần mềm Nghiên cứu nghiên cứu trực tiếp đánh giá nhân tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống CAD/CAM cho công ty vừa nhỏ Việc đánh giá công ty phần mềm coi bước quan trọng việc lựa chọn hệ thống Abstract In today's global market, manufacturers must rely on new technologies to capitalize on current market trends Many companies have turned to Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Manufacturing (CAM) systems to help develop and produce complex parts quickly As these systems have advanced in recent years, manufacturers struggle to maintain communications with suppliers and exploit current advancements in software This research is directed towards analyzing and evaluating current criteria for selecting a CAD/CAM system for use by small manufacturing companies Company and software evaluation will be considered to help in the selection of such a system Key words: CAD, CAM, Medium and small manufacturing Vấn đề nghiên cứu thực tế 1.1 Thực trạng vấn đề nghiên cứu Hệ thống CAD/CAM có lịch sử phát triển bắt nguồn từ việc kết hợp hỗ trợ công ty lĩnh vực thiết kế việc nâng cao tốc độ sản xuất thành phẩm Từ năm 1980, sản xuất trở nên phụ thuộc vào công cụ hỗ trợ để tạo sản phẩm quan trọng Các sản phẩm phức tạp thiết kế nhanh nhờ hỗ trợ của phần mềm cho phép người sử dụng thấy sản phẩm kích thước CAD Các phần mềm cung cấp tương thích cho việc lắp ráp phận với kiểm tra phù hợp chỉnh sửa lại phận Điều cho phép thiết kế thực nhanh xác Gói CAM cho phép chi tiết phức tạp đưa vào thực tế cách tính tốn cơng cụ viết chương trình gia cơng chi tiết máy CNC máy cán, máy tiện máy EDM Những lỗi người gây giảm bớt độ xác cao gia cơng đạt sử dụng hệ thống CAD/CAM sử dụng kỹ thuật sản xuất tay Thế giới nước có nhiều cơng ty sử sụng gói thiết kế lỗi thời để thiết kế gia công sản phẩm Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 61 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 Công nghệ đổi cách nhanh chóng hầu hết cơng ty khó lịng bắt kịp với thay đổi Trong điều kiện gói cơng nghệ CAD/CAM xuất để hỗ trợ công ty việc xây dựng tương lai cho 1.2 Hướng nghiên cứu Hướng nghiên cứu tạo phương pháp sử dụng việc hỗ trợ công ty vừa nhỏ việc lựa chọn hệ thống CAD/CAM 1.3 Các mục tiêu nghiên cứu Thu thập thông tin hệ thống CAD/CAM có thị trường Nhận định tiêu chí quan trọng việc lựa chọn hệ thống CAD/CAM Nhận diện công ty tiêu chí đánh giá hệ thống CAD/CAM việc hỗ trợ lựa chọn Tăng cường hiểu biết khoa học hệ thống CAD/CAM ứng dụng chúng Lợi ích việc sử dụng CAD/CAM 2.1 Tính tiện dụng CAD/CAM CAD kết hợp người máy móc nhằm tối ưu q trìn thiết kế sản xuất sản phẩm Máy tính cho phép nhà thiết kế tạo sản phẩm đồ họa môi trường thiết kế mà tạo mầu thử thực Điều nhằm giảm thiểu giá thành cho nhà sản xuất kết sản phẩm tiến thị trường nhanh Các thành viên không chuyên công nghệ nhóm từ quản lý bán hàng làm việc đồng hành kỹ sư Họ thảo luận, thay đổi để sản phẩm tiến trước xây dựng mẫu thử Đây thuộc tính hiệu thiết kế đột phá giúp nhận dạng lỗi thiết kế tăng cường ý tưởng sang tạo nhóm Hệ thống CAD/CAM cho phép nhiều nghiên cứu kỹ thuật thực số lượng lớn thiết kế thay kiểm tra nhằm tiết kiệm thời gian giảm thiểu số lượng giai đoạn đầu trình thiết kế Hầu hết hệ thống tự động thiết kế danh sách vật liệu để tiết kiệm thời gian nâng cao giao tiếp Định vị vẽ vị trí xác định hệ thống giúp cho cải thiện mối quan hệ người bán nhà sản xuất Kết nhầm lẫn sai xót sản phẩm Lợi ích việc sử dụng công cụ nghiên cứu CAD/CAM chúng cho phép cải thiện thiết kế cách dễ dàng mà điều đắt tiền khứ Sự tương tác công cụ phần mềm cho phép kỹ sư thiết kế tạo nghiên cứu phần tử hữu hạn trực tiếp từ bước ban đầu từ đảm bảo cho thiết kế tốt Điều giúp giảm thiểu số lượng mẫu thử, rác thải công nghiệp tăng cường hiệu công việc Tất đặc điểm cho phép cho nhìn nhanh giảm chu kỳ sản xuất Các tiến hệ thống CAD/CAM cho phép làm ngắn lại chu kỳ thiết kế vài năm trước Hệ thống ngày thân thiện sử dụng hệ điều hành Window 2.2 Mô hình CAD/CAM Xây dựng mơ hình rắn máy tính thực chất q trình hình thành mơ hình học Các ứng dụng mơ sử dụng thực thể 3D định nghĩa mối quan hệ thực thể Các mối quan hệ tạo thơng qua mơ tả bên ngồi Các mơ tả bên ngồi bao gồm tất thống tin hình học với mối quan hệ mặt, góc đỉnh Mỗi phần vật thể tham số hóa nên việc điều khiển điểm để định dạng mặt có giá trị điều khiển định Điều cho phép vật thể biểu diễn hồn tồn tạo khơng Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 62 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 1/4/2018 gian rộng mơ hình tơ pơ Các mơ hình điều khiển tham số cho phép mô hình hình học điều khiển cách tự động để thay đổi tham số Tính tốn thể tích khối lượng dễ dàng thực hầu hết chương trình đồng thời trợ giúp việc tối ưu hóa sản phẩm Các điểm điều khiển mơ hình khối rắn xen kẽ mơ hình khối đôi lúc tốn thời gian chỉnh sửa chi tiết bị định vị sai Phần mềm mô khối rắn hầu hết sử dụng hai phận lòng cốt ACIS Parasolids Chúng tảng xây dựng mơ hình bao gồm thuật tốn cần thiết cho việc thiêt lập mơ hình rắn Hầu hết nhà sản xuất sử dụng hai chương trình tùy thuộc vào yêu cầu khác gói Chúng sử dụng công cụ đồ họa cho phép CAD CAM tạo mơ tả xác vật thể Mặt mô cung cấp thuận lợi khác việc kiến tạo sản phẩm so sánh với mô khối rắn Phần mềm mô mặt dễ sử dụng điều khiển trực tiếp đường cong mặt khối Các mơ hình khung dây bao gồm nhiều liệu đường, đỉnh thứ cấu thành góc sản phẩm Chúng tốn dung lượng mơ hình khối rắn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng Thiết kế sản phẩm với CAD – Bộ mơn Kỹ thuật Cơ khí [2] 3D CAD Business Benefits: Manufacturing and Production Engineering Advantages http://www.advice-manufacturing.com/CAD-Manufacturing-Benefits.html [3] Computer-Aided Design (CAD) and Computer-Aided Manufacturing (CAM) https://www.inc.com/encyclopedia/computer-aided-design-cad-and-computer-aided-cam.html Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 03 – 4/2018 63 ... phương chuyển động ngư lơi Ta thấy vùng có thiết kế rãnh khoét thân có xuất bọt khí xâm thực làm giảm lực cản theo phương chuyển động Kết luận Báo cáo đưa mơ hình thiết kế sơ hình dáng thân ngư lôi. .. Fluent để tính tốn xâm thực xảy thân ngư lơi vị trí có rãnh kht Dưới số hình ảnh phân bố áp suất hình thành bọt khí vùng phát sinh xâm thực Hình 1: Kết phân bố áp suất bọt khí thân ngư lơi Bằng việc... Lực cản vật chuyển động chất lỏng Dòng chất lỏng chuyển động với vận tốc U∞ quanh vật rắn cố định Lực cản P hình chiếu vecto lực tác dụng P lên phương U∞ P Cx U 2 S (4) Với Cx hệ số lực