ניתוח תנודות של מערכת סונאר בסיוע תוכנת ®COMSOL Multiphysics
חרטום בולבוסי, הפקעת הבולטת שיושבת מתחת לקו המים בחזיתו של כלי שיט, הפך לאמצעי סטנדרטי באוניות גדולות. הוא מפחית בצורה משמעותית את התנגדות הגלים בהפלגה למרחקים ארוכים ובמהירות קרובה למקסימום היכולת, דבר המאפשר יציבות גבוהה יותר וניצול דלק יעיל. בשנים האחרונות מנסים לנצל את החרטום הבולבוסי לטובת איחסון סוגים שונים של מערכות סונאר, אך עולות שאלות לגבי היקפיהם של תנודות המבנה, אשר מפריעים לתפקוד מערך המתמר בתוך מערכת סונאר.
תנודת הלחץ שנגרמת משכבת הגבול הטורבולנטית, (שכבת נוזל דקה בה ישנם שיעורים גבוהים יותר של שיפוע המהירות ושל מאמץ הגזירה ביחס למקרה הלמינארי), נחשבת לאחד הגורמים המרכזיים לרעש עצמי של חיישנים על גבי כלי תחבורה או בתוכו. צוות של חברת INSEAN האיטלקית יצאו לחקור את המקרה.
רוב המחקרים הקיימים משתמשים בצורות פשוטות ובתנאים אידיאליים של זרימה, בלי לקחת בחשבון את תנועת המים החופשית בזרמים מורכבים. לכן מטרתם הראשונה הייתה להבין את הספקטרום הרחב של התדרים שחוזרים מתנודות הלחץ על דפנות האוניה, שנגרמים משכבת הגבול הטורבולנטית בחרטום הבולבוסי.
החברה בנתה מודל רחב היקף של חרטום בולבוסי כדי לבצע ניסויים ולאפיין תנודות לחץ על הדפנות. הדבר היה טריקי בשל כל מיני סיבות פיזיקליות שקשורות לצורת המבנה של האוניה, וכן כיוון שהיא הייתה חייבת לתפוס את רכיב התדר הגבוה יותר ע”י שימוש במתמרי לחץ מיניאטוריים. החוקרים החליפו חלק מהחרטום הבולבוסי בחומר ליניארי אלסטי, וקיבלו את התגובה המבנית שלו. בשלב זה פנו החוקרים לבניית סימולציה כדי לשכפל את תוצאות המחקרים האמיתיים.
לאחר שסיימו את השלב הזה, עברו לבניית מודל במימדים נרחבים, ולשם כך השתמשו בתוכנת ®COMSOL Multiphysics, אשר תיקח בחשבון את סיבוכיות החומר המורכב שנעשה בו שימוש בחרטום הבולבוסי. התוצאות המדויקות איפשרו לצוות לשנות את קנה המידה של תנודות הלחץ על הדפנות, ולהשיג מידע רחב היקף בעלות חישובית נמוכה. במידע זה נעשה שימוש כתשומות לתוכנת ®COMSOL Multiphysics , והוא הוכנס כמטען לחץ במודל הנומרי.
” LiveLink™ for Pro/ENGINEER® איפשר לנו לייבא מידע CAD עבור חלקים שונים של החרטום הבולבוסי לתוך תוכנת ®COMSOL Multiphysics. כיוון שמידע זה לא פותח לניתוח אלמנטים סופיים, היינו חייב לשפר את האיכות במספר מקומות, בייחוד עם התחשבות בעוביים שונים של דפנות החרטום. אנחנו ממש מעריכים את הגמישות בביצוע שינויים קטנים כאלה ישירות דרך ®COMSOL Multiphysics. סיבה נוספת בגללה אנחנו אוהבים את התוכנה הינה היכולת לנתח כל מספר של פיזיקות בחבילה אחת מאוחדת. במטרה לחזות את הרעש והתנודות שנגרמות ע”י זרימת המים בפגיעתו בדפנות החרטום, בחנו במהירויות שונות תוך שימוש במרחבי המבנה, הזרימה והאקוסטיקה. דבר זה היה חשוב מאוד כיוון שזה העניק לנו את ההזדמנות להכניס את המשוואות שלנו בצורה ישירה”.
הצוות לאחר מכן השתמש במודול LiveLink™ for MATLAB® של ®COMSOL Multiphysics על מנת להעביר את הצופן תוצרת בית שלהם אל MATLAB®.
הסיפור נלקח ממגזין 2013 ®COMSOL