آنالیز حساسیت مانور پذیری یک وسیله زیرسطحی خودکنترل نسبت به تغییرات ضرایب جرم مجازی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

2 دکتری،مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری،مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

فهم عملکرد هیدرودینامیکی یک وسیله زیرسطحی خودکنترل (AUV) جهت بررسی قابلیت انجام مأموریت تعیین‌شده برای آن وسیله ضروری است. حل معادلات حرکت یک وسیله زیرسطحی و بررسی مانورپذیری آن، ابزاری مناسب برای فهم عملکرد AUV است. جهت نیل به این هدف می توان میزان حساسیت مانور یک وسیله زیرسطحی را نسبت به تغییر پارامترهای هیدرودینامیکی بررسی کرد. در مقاله حاضر حساسیت مانورپذیری یک وسیله زیرسطحی خودکنترل نسبت به تغییرات ضرایب جرم مجازی بررسی شده است. برای این منظور ابتدا ضرایب هیدرودینامیکی وسیله زیرسطحی موردنظر به کمک روش تحلیلی -نیمه تجربی محاسبه شده است. در گام بعدی معادلات دینامیکی 6 درجه آزادی برای این وسیله زیرسطحی حل شده و رفتار آن در مانور دور زدن شبیه سازی شده است. در ادامه با تغییر ضرایب جرم مجازی مختلف تغییررفتار مانور این وسیله مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که شعاع دوران حالت پایای مانور به المان‌های جرم افزوده غیرحساس است از طرفی طول قسمت ورودی که قسمت گذرای مانور می‌باشد بیشترین حساسیت را به ترم‌های جرم افزوده دارد. در حالیکه قطر تاکتیکی که ترکیبی از قسمت گذرا و پایای مانور می‌باشد حساسیت متوسطی به همه ترم‌ها دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Alijani M, Zeinali M, Nouri NM (2018) Designing of the body shape of an autonomous underwater vehicle using the design of experiments method. P I Mech Eng C-J Mec 0954406218820884.

[2] Sahu BK, Bidyadhar S (2014) The state of art of autonomous underwater vehicles in current and future decades. Automation, Control, Energy and Systems (ACES), First International Conference.

 [3] AUVAC (2018) Autonomous Undersea        Vehicle Applications Center (AUVAC), URL:⟨http://www.auvac.org/⟩.

[4] Fossen TI (1994) Guidance and control of ocean vehicles. John Wiley & Sons Inc.

 [5] Abkowitz MA (1980) Measurement of hydrodynamic characteristics from ship maneuvering trials by system identification. Transactions SNAME 88: 283-318.

[6] Tiano A, Sutton R, Lozowicki A, Naeem W (2007) Observer Kalman filter identification of an autonomous underwater vehicle. Control Eng Pract 15(6): 727-739.

[7] Cutipa Luque JC, Donha DC (2011) AUV identification and robust control. In World Congress 18(1): 14735-14741.

[8] Rhee KP, Yoon HK, Sung YJ, Ahn KS, Kang N (2000) Experimental study on the effect of the appendage shape of submersible on hydrodynamic coefficients.In the 3rd Seminar on Naval Weapon Systems Development, Chinhae (Korea).

[9] Lewandowski E (1991) Tests of a submarine model in coning motion. Davidson Laboratory Technical Report 2660.

[10] Johnson DC (1989) A coning motion apparatus for hydrodynamic model testing in a non-planar cross-flo. Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology.

[11] Jun BH, Park JY, Lee FY, Lee PM, Lee CM, Kim K, Lim YK, Oh JH (2009) Development of the AUV ‘ISiMI’ and a free running test in an Ocean Engineering Basin. Ocean Eng 36: 2-14. 

[12] Lee SK, Joung TH, Cheon SJ , Jang TS , Lee JH (2011) Evaluation of the added mass for a spheroid-type unmanned underwater vehicle by vertical planar motion mechanism test. Int J Nav Arch Ocean 3(3): 174-180.

[13] Geisbert JS (2007) Hydrodynamic modeling for autonomous underwater vehicles using computational and semi-empirical methods. Doctoral dissertation, Virginia Tech.

[14] Ivanell S (2001) Hydrodynamic simulation of a torpedo with pumpjet propulsion system. Master Thesis Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.

[15] Phillips AB, Furlong M, Turnock SR (2007) Virtual planar motion mechanism tests of the autonomous underwater vehicle Autosub.  In, STG-Conference / Lectureday "CFD in Ship Design", Institute M-8 of Hamburg University of Technology, Germany.

[16] Kim H, Cho H (2011) Numerical study on control derivatives of a high-speed underwater vehicle. J Mech Sci Technol 25(3): 759-765.

[17] Chen CW, Yan NM (2017) Prediction of added mass for an autonomous underwater vehicle moving near sea bottom using panel method. In Information Science and Control Engineering (ICISCE), 2017 4th International Conference on (pp. 1094-1098). IEEE.

[18] Nielse JNN (1998) Missile aerodynamics.

[19] Prestero TJ (2001) Verification of a six-degree of freedom simulation model for the REMUS autonomous underwater vehicle. Doctoral Dissertation, Massachusetts institute of technology.

[20] De Barros E, Dantas JL, Pascoal AM, , De SáE (2008) Investigation of normal force and moment coefficients for an AUV at nonlinear angle of attack and sideslip range. IEEE J Oceanic Eng 33(4): 538-549.

 [21] Abolvafaie M, Koofigar HR, Malekzadeh M (2018) Classfication of hydrodynamic coefficients of autonomous underwater vrhicles based on sensivity analysis in standard manuevers. J Mar Sci Tech-Taiw 26(1): 1-10.