استخراج ضرایب هیدرودینامیک با استفاده از مانور مکانیزم حرکت صفحه ای به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 پ‍ژوهشگر مجتمع دانشگاهی علوم و فناوری‌های زیردریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر اصفهان، ایران

2 استادیار دانشکده علوم و مهندسی دریا ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر اصفهان، ایران

چکیده

در این مقاله نحوه استخراج برخی از ضرایب هیدرودینامیک یک رونده زیرسطحی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی، ارائه شده و نتایج با نتایج تجربی مدل هندسی دارپا سابوف موجود در مراجع مقایسه شده است. این تحقیق روش کاربردی در استخراج ضرایب در مسائل صنعتی ارائه نموده که بدون نیاز به تولید شبکه مجدد برای هر مانور دینامیکی انجام شده و در بازه زمانی منطقی قابل اجرا باشد. در این روش با استفاده از شبیه‌سازی برخی مانورهای دینامیک استاندارد، مانند مانور یاو خالص و سوای خالص، تعدادی از ضرایب هیدرودینامیک شامل ضرایب خطی Y_v ، Y_v ̇ ، N_v ، N_v ̇و ضرایب Y_r ، Y_r ̇ ، N_r، N_r ̇در صفحه یاو قابل استخراج هستند. با تغییر صفحه مانور از یاو به پیچ، هشت ضریب دیگر نیز قابل استحصال خواهد بود. اطلاعات لازم جهت انجام تحلیل عددی، هندسه، مرکز جرم وسیله و سرعت کاری آن است. تحلیل عددی مطابق با شرایط ذکر شده برای تست تجربی مدل سابوف در مراجع، انجام گرفته و نمودارهای نیرو و ممان به صورت تابعی از زمان ارائه شده‌اند. با به کار بردن معادلات دینامیکی حرکت متناظر با نقاط خاص شامل نقاط صفر شدن سرعت و یا شتاب جانبی وسیله، ضرایب هیدرودینامیک مربوط به هندسه مورد نظر استخراج می‌گردد. نتایج بدست آمده از روش عددی با نتایج حاصل از تست تجربی ، مقایسه شده و نشان داده شده است که از این روش برای استخراج ضرایب هیدرودینامیک با دقت مناسبی می‌توان بهره برد و تطابق خوبی بین نتایج تحلیلی و تجربی دیده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jones DA, Clarke DB (2002) The calculation of hydrodynamic coefficients for underwater vehicles. Australian Defense Sci Tech Org, Martine Platform Division, Public Releases, DSTO-1329.

[2] آذرسینا ف، سیف م‌س (1394) اصول مدلسازی دینامیک زیردریایی. هفدهمین همایش صنایع دریایی، جزیره کیش.

[3] شادلاقانی آ، منصورزاده ش، بدری محمدعلی، (1393) شبیه­سازی عددی ضرایب میرایی و جرم افزوده یک شناور زیرسطحی در آب  عمیق. مجله روش­های عددی در مهندسی 33.

[4] Saout O (2003) Computation of hydrodynamic coefficients and determination of dynamic stability characteristic of an underwater vehicle including free surface effects. Master of Science Thesis, Florida Atlantic University, USA.

[5] صادق­زاده پراپری ب، سیف م‌س، مهدیقلی ح (1390) تعیین ضرایب هیدرودینامیکی زیرسطحی­ها به روش تست مدل. نشریه مهندسی دریا (14)7.

[6] ریشهری م (1388) محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی مانور با استفاده از تست مدل و دینامیک سیالات محاسباتی. یازدهمین همایش صنایع دریایی، جزیره کیش.

[7] Roddy RF (1990) Investigation of the stability and control characteristics of several configuration of the DARPA SUBOFF model from captive-model experiments. David Taylor Research Center. DTRC. Ship Hydrodynamics Dept.

[8] Fossen TI, Fgellstad OE (1995) Nonlinear modeling of marine vehicles in six degree of freedom. Int J Math Model Syst 1(1).

[9] Azarsina F (2009) Experimental hydrodynamics and simulation of maneuvering of an axisymmetric underwater vehicle. Doctor of Philosophy Thesis, Memorial University, Canada.

[10] Pan Y, Zhang H, Zhou Q (2012) Numerical prediction of submarine hydrodynamic coefficients using CFD simulations. J hydrodynamics 24(6): 840-847.

[11] He S, Kellett P, Yuan Z, Incecik A, Turan O, Boulougouris E (2016) Maneuvering prediction based on CFD generated derivatives. J Hydrodynamics 28(2): 248-292.

[12] Pan Y, Zhou Q, Zhang H (2015) Numerical simulation of rotating arm test for prediction of submarine rotary derivatives. J Hydrodynamics 27: 68-75.

[13] Fossen T (1994) Guidance and control of ocean vehicles. John Wiley & Sons Ltd, Chichester, UK.

[14] Groves N (1989) Geometric characteristics of DARPA SUBOFF models. David Taylor Research Center. DTRC. Ship Hydrodynamics Dept.

[15]  Launder BE, Spalding DB (1974) The numerical computation of turbulent flows. Comp Method appl Mech Eng 3: 269-289.

[16] Vantorre M (1999) Captive maneuvering tests with ship models: A review of actual practices. 22nd International Towing Tank Conference, ITTC 22nd, Maneuvering Committee Questionnaire, University of Ghent, Belgium.

[17] Ansys training manual (2009) ANSYS Meshing Application Introduction. ANSYS® is a registered trademark of SAS IP Inc.

[18] Feldman J (1979) DTNSRDC Revised standard submarine equation of motion. David Taylor Research Center, DTRC, Ship Performance Dep.

[19] Cengel YA, Cimbala JM (2006) Fluid mechanics, fundamentals and applications. McGraw-Hill, New York.