طرح تولید قطعات کامپوزیتی شناور های دریایی(پانتون)

شناورهاي تمام کامپوزیتی،شناورهایی هستند که تمام قسمتهای آن از جمله لگن،عرشه و سوپر استراکچرآن از کامپوزیت تولید شده است.کامپوزیت این نوع شناورها عموما از GRP بوده که ماتریس آن پلی استر می باشد. البته از ماتریسهای اپوکسی و وینیل استر نیز استفاده میشودکه نوع آن بسته به فرآیند تولید،شکل و ابعاد شناور و کاربرد آن تعریف میشود.از خصوصیات این نوع شناورها میتوان به قابلیت شکل پذیری و طراحی آن نام برد.همچنین تولید در تیراژ بالا،سرعت تولید،تنوع طراحی و قیمت مناسب میباشد.این شناورها کاربری های گوناگونی از جمله ورزشی، تفریحی، حمل و نقل بین سواحل،مسافربری و نظامی دارد.

دسته‌بندي شناورها

طبقه‌بندي شناورها براساس پارامترهاي گوناگوني مثل شكل ظاهري، چگونگي تأمين نيروي ليفت جهت خنثي كردن وزن، نوع سيستم رانش و …. صورت مي‌گيرد، كه دسته‌بندي شناورها براساس نحوه تأمين نيروي ليفت جهت خنثي كردن وزن شناور از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.
به طور معمول چهار روش: ليفت آيروديناميك، ليفت هيدروديناميك، ليفت آيرواستاتيك، ليفت هيدرو استاتيك (نيروي بويانسي) براي تأمين نيروي ليفت وجود دارد كه برای طراحی كليه شناورها از يكي از اين روشها استفاده مي‌ شود.در هر يك از روشهاي 4 گانه بالا، كم كردن وزن بدنه با ملاحظه استحكام سازه‌اي از موارد با اهميت بشمار مي‌آيد.

حال با استفاده از يكي از روشهاي 4 گانه بالا جهت تحمل وزن شناور و يا تركيب اين روشها، انواع شناورهاي تندرو پديد آمده است كه در زير  فهرست‌وار آنها را  که براساس فرم بدنه دسته بندي شده اند معرفي مي كنيم:

•    شناورهاي تك بدنه نيمه پروازي با Round Bilge
•    شناورهاي تك بدنه پروازي با Hard chine
•    شناورهاي چند بدنه مانند كاتاماران ، تريماران و …
•    شناورهاي SWATH
•    شناورهايي كه داراي بالشتك هوا هستند مانند شناورهاي ACV و SES
•    شناورهاي هيدروفويلي
•    شناورهاي پرنده WIG

مزايا و کاربرد شناورهاي دو بدنه(کاتاماران )

علت توجه به اين بدنه‌ها نياز به فضاي عرضي بزرگتر بوده است، يكي از مسائل مهم در اين شناورها فاصله بين بدنه‌ها از هم و تأثير آنها برهم است، اين شناورها قابليت دريانوردي بسيار بالادارند و يخاطر عرض زياد جانمايي تجهيزات بهتر و در دسترس تر است. اين نوع بدنه ها ازنوع چند بدنه مي باشد. انواع ديگر اين فرمها به شناورهاي سه بدنه (تريماران)و  پنج بدنه (پنتاماران) اشاره كرد.
اين شناورها كه با نام كاتاماران هم معرفي مي‌شوند، از دو نيم بدنه مجزا تشكيل شده‌اند و عرشه‌اي بر روي آن‌ها قرار گرفته است که باعث مي شود شناورهاي دو بدنه نسبت به تك بدنه پايداري عرضي بهتر داشته ‌باشد.

در کل مي توان مزاياي زير را براي اين نوع فرم بدنه نام برد :

•    پايداري عرضي  در آب آرام
•    مقاومت مناسب هيدروديناميكي
•    قابليت مانور مناسب
•    پايداري دائمي و تعادل دنياميكي در سرعت بالا
•    کاهش شتابهاي حركت قائم و غلتش عرضي ناشي از موج.
•    عدم خيس شدن عرشه در امواج
•    توزيع ضربه کوبش  وارد شده به شناور
•    جانمايي مناسب و قابليت چند منظوره بودن شناور
•    قدرت حمل بار بالا
در آخر مي توان گفت كه اين نوع فرم بدنه به عنوان شناور‌ مسافربري، شناور تدارکات، شناور آتش خوار،‌آمبولانس دريايي،  و شناور حمل خدمه و تجهيزات استفاده مي‌شود

طراحي شناورها

براساس حلقه طراحي پس از مشخص شدن نيازمندي هاي خريدار و کاربري شناور، تشکیل مي شود. در دايره طراحي، امکان دارد يک عنوان چندين بار تکرار شود تا به طرح بهينه و مطلوب برسيد. بديهي است طرحي مناسب است که به لحاظ زمان ساخت و قیمت، در دایره حداقل نمونه های مشابه خارجی قرار داشته باشند، ضمن آنکه تمام نکات ایمنی و رفاه، بعلاوه حداکثر راندمان و کیفیت و زیبائی را در نظر گرفته و کلیه خواسته های کارفرما را تا جائی که مقررات مهندسی و قوانین جاری سازمان های مرتبط را تحت تاثیر قرا ندهد، پیش بینی کرده و از لحاظ مصرف سوخت ، تعمیر و نگهداری کاملا کنترل شده باشددر ادامه به صورت اجمالی، مراحل مختلف پروسه طراحی تعریف شده است.

الف) محاسبات هيدرواستاتيک

مباحث مربوط به هيدرواستاتيک در حقيقت ابتدايي ترين محاسبات شناور مي باشد که در حلقه طراحي چندين بار اين محاسبات تکرار مي شود.در اين مرحله طراحي موارد زير محاسبه مي شود:
1- مشخصات هيدرواستاتيکي: در اين مرحله پارامترهاي هيدرواستاتيکي شناور شامل تناژ، مرکز طولي بويانسي، مرکز ارتفاع بويانسي، مرکز طولي نقطه شناوري، ارتفاع متاسنتر طولي و عرضي و TPcm و MTcm  بر حسب تغييرات آبخور در موقعيتهاي طولي نظير:  مرکز شناوري  ، وسط  ، عمود سينه  و عمود پاشنه  مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه نمودار اين نوع تغييرات و جدول تغييرات بيان شده است.
2- محاسبات تعادل: در اين بخش منحني تعادل شناور مورد تحليل و بررسي قرار مي گيرد. اين محاسبات بيانگر طول بازوي برگردانده  شناور در حالت بارگذاري موجود برحسب زواياي مختلف غلتش عرضي شناور مي باشد و در نهايت ارتفاع مرکز ثقل شناور استخراج مي شود.
3- منحني هاي فرم بدنه: در اين قسمت تغييرات حجم بويانسي، سطح خيس شده و همچنين ضرايب بي بعد فرم بدنه شامل Cp، Cb، Cms، Cwp، Cvp، Cws  در موقعيت طولي مرکز شناوري برحسب تغييرات آبخور مورد بررسي قرار مي گيرد.
4- منحني سطح مقطع: در اين قسمت تغييرات سطح مقطع شناور در موقعيتهاي طولي برحسب تغييرات آبخور شناور مورد بررسي قرار مي گيرد.
5- محاسبات صدمه ديدگي: در اين قسمت وضعيت فضاهاي آب بندي شناور در حالت صدمه ديدگي شناور مورد تحليل قرار گرفته و در صورت عدم رعايت قوانين استاندارد فضاها اصلاح مي شوند.
محاسبات فوق در ماژول Hydromax نرم افزار MaxSurf و يا ماژول Autopower نرم افزار Autoship قابل انجام است. نمونه اين محاسبات براي يکي از شناورها ارائه شده است.

 ب) محاسبات هيدروديناميک و انتخاب سيستم رانش

مباحث مربوط به هيدروديناميك دايره اي  گسترده، اما در عين حال محدوديت هاي زيادي را شامل ميشود. در اين راستا  آنچه را مي توان در مورد آنها بحث كرد، بصورت زير ميباشد:
1)    محاسبات توان و سرعت شناور
2)    پارامترهاي تست شناور
3)    پارامترهاي طراحي
4)    حركات شناور
5)    ارتعاشات
برخي ازمباحث ارائه شده بالا قابل دستيابي با نرم افزار هستند وبرخي ديگر تنها با تست مدل بدست مي آيد. ماژول HullSpeed نرم افزار MaxSurf و يا ماژول Atopower نرم افزار Autoship قادر به تحليل هيدروديناميکي توان مورد نياز موتور شناور و وضعيت حرکتي آن بوده و مورد استفاده قرار مي گيرند. نمونه اين محاسبات براي يکي از شناورها ارائه شده است. بعد از انجام اي محاسبات باتوجه به سرعت مورد نياز سيستم رانش و موتور مناسب انتخاب مي شود.

 ج) طراحي سازه

در اين مرحله با توجه به فرم بدنه طراحي شده در مراحل قبل و بارچيني هاي مورد نظر براساس چيدماني شناور سازه مناسب که بتواند تحمل فشارهاي دريانوردي و بارهاي اعمالي را داشته باشد، طراحي مي شود. در اينجا از قوانين مؤسسات رده بندي بين المللي مختلف که در دنيا متداول مي باشد، استفاده شده و سازه و مواد شناور جهت ساخت طراحي مي شود. اين قوانين براساس نوع و طول و جنس شناور متفاوت مي باشد. مؤسسات متداول نظير: BV, DNV, LR, GL, ABS, KR, …..  مي باشد.
براي شناور کاتاماران مد نظر، سازه از فايبرگلاسهاي E,C و رزينهاي مورد تاييد موسسات رده بندي استفاده شده است. روش ساخت به صورت VIP ميباشد که از جمله روشهاي مدرن براي کاهش وزن و مطابق با استانداردهاي بين المللي است. اين سازه تحمل دريانوردي در فورسهاي 3و 4 را دارد. طراحي و ساخت آن مطابق با استانداردKR  مي باشد. در صورت درخواست خريدار مي توان اين طراحي را براساس استاندراد مورد دلخواه ديگر انجام داد. از نظر طراحي هيدروديناميکي، شناور کمترين مقاومت حرکتي  در برابر بيشترين پايداري و راحتي مناسب براي مسافران را داراست.

ه) تهيه مدل سه بعدي و دو بعدي

در حين طي مراحل طراحي و بعد از قطعي شدن هريک يکي از مهمترين مراحل که در حکم مستندسازي کار مي باشد، بيان طراحي به زبان مهندسي و يا همان نقشه هاي قابل اجراست. در کليه طراحي ها چه سازه، چيدماني، مکانيکال، الکتريکال و مخابرات و ….  و چه در مرحله ابتدا براي انجام محاسبات و يا طراحي بدنه بالايي و چيدماني آن استفاده از  نرم افزارهاي مربوطه تحت عنوان کلي CAD نظير: AutoCad , Solidworks , Catia , Rhino ضروري است.