محاسبه عددی و تحلیلی گشتاور مانک در جریان لزج برای یک زیردریایی هوشمند در وضعیت سووی خالص درآزمایش PMM

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی دریا، گروه دریا، مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر اصفهان

2 استادیار،گروه دریا، مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر اصفهان

چکیده

گشتاور مانک یک گشتاور ناپایدارکننده در ترکیب حرکات سرج و سووی شناور است. دراین مقاله گشتاورمانک برای بدنه یک زیردریایی هوشمند با استفاده ازدینامیک سیالات محاسباتی وروش حجم محدود محاسبه شده است. بعلاوه ضرایب هیدرودینامیکی جرم اضافه برای محاسبه گشتاور مانک با استفاده از رابطه تحلیلی در جریان پتانسیل محاسبه گردیده است. ضرایب دمپینگ نیز در شبیه سازی عددی محاسبه گردیده اند. شبیه‌سازی جریان حقیقی اطراف شناور در حرکات سرج و سووی خالص به صورت عددی و در حالت غیردائم انجام شده است. بعلاوه اثرات آشفتگی با مدل k-ω sst در مدلسازی عددی لحاظ گردیده است. برای استخراج نیرو و گشتاور، از مکانیزم حرکت صفحه ای PMM در وضعیت سووی خالص استفاده شده است. در شبکه بندی دامنه محاسباتی مساله برای ایجاد حرکت شناور از تکنیک شبکه همپوشان( overset) استفاده شده است. همچنین برای بررسی دقت شبیه سازی، استقلال از شبکه صورت گرفته است. پس از استخراج نیرو و گشتاور، معادلات چند جمله ای مرتبه ششم آنها بر حسب سرعت و شتاب حرکت سووی درونیابی گردیده است. با استفاده از معادلات بدست آمده و تعریف هر ضریب، مقادیر ضرایب هیدرودینامیکی جرم اضافه و دمپینگ مرتبه دوم بمنظور معتبرسازی استخراج گردیدند. نتایج بدست آمده برای ضرایب هیدرودینامیکی تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی داشتند. در نهایت، مقایسه‌ای بین گشتاور بدست آمده در شبیه سازی عددی و فرمول تحلیلی گشتاور مانک مقادیر انجام گردیده است. بعلاوه مقدار N_v ̇ (مشتق گشتاورحول محور z نسبت به شتاب حرکت عرضی) با استفاده از تئوری پتانسیل محاسبه و با مقدار عددی و آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Triantafyllou MS, Hover FS (2003) Maneuvering and control of marine vehicles. Massachusetts of Institute of Technology.

[2] Refsnes JEG (2007) Nonlinear model-based control of slender body AUVs 30(226): 229-231.

[3] Issac MT (2017) Hydrodynamic Analysis of AUV Hulls Using Semi-empirical and CFD Approach. J Mech Eng 5(5): 137-143.

[4] Kepler ME, Pawar S, Stilwell DJ, Brizzolara S, Neu WL (2018) Assessment of AUV hydrodynamic coefficients from analytic and semi-empirical methods. OCEANS 2018 MTS/IEEE Charleston.

[5] Zhang H, Xu YR, Cai HP (2010) Using CFD software to calculate hydrodynamic coefficients. J Mar Sci Appl 9(2): 149-55.

[6] Prestero TTJ ( 2001) Verification of a six-degree of freedom simulation model for the REMUS autonomous underwater vehicle. Massachusetts Institute of Technology.

[7] Alijani M, Nouri NM, Zeinali M (2018) Designing an autonomous underwater vehicle hull shape with direct approach. J Marine Eng 13(26): 107-122.

[8] امینی فروشانی ج، گندم کار م (2018) استخراج ضرایب هیدرودینامیک با استفاده از مانور مکانیزم حرکت صفحه‌ای به کمک دینامیک سیالات محاسباتی. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 228-215 :(1)8.

[9] Lewandowski EM (2004) The dynamics of marine craft: maneuvering and seakeeping, World scientific.

[10] CD-adapco™ (2015) STAR-CCM+® Documentation: p.5517-5531.

[11]  Fefferman CLJ (2006) Existence and smoothness of the Navier-Stokes equation. The Millennium Prize Problems, Clay Mathematics Institute, Cambridge, 57-67.

[12] Gerhart PM, Gerhart AL, Hochstein JI Munson (2016) Fundamentals of fluid mechanics. John Wiley & Sons.

[13] Menter FR (1994) Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J 32(8): 1598-1605.

[14] Myring DF (1976) A theoretical study of body drag in subcritical axisymmetric flow. The Aeronautical Quartely 27: 186-194.

[15] Tyagi A, Sen D (2006) Calculation of transverse hydrodynamic coefficients using computational fluid dynamic approach. J Ocean Eng 33(5): 798-809 .

[16] Fossen TI (2011) Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control. John Wiley & Sons.