بررسی عددی حساسیت ضرایب دینامیکی و جرم افزوده یک زیرسطحی هوشمند به دامنه و بسامد تحریک

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی،

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران

10.22044/jsfm.2020.7530.2728

چکیده

ضرایب و مشتقات هیدرودینامکی یک زیرسطحی پارامترهای خیلی مهمی هستند که کنترل پذیری و مانور آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند. معمولاً از روش کشش مستقیم و حرکت اجباری هیو و پیچ خالص برای استخراج ضرایب و مشتقات استفاده می‌شود. در این مقاله به روش دینامیک سیالات محاسباتی با رویکرد حجم کنترل و با استفاده از نرم‌افزار تجاری فلوئنت، جریان اطراف یک زیرسطحی شبیه-سازی شده است. ابتدا شبیه‌سازی برای حالت کشش مستقیم صورت گرفته تا با مقایسه نتایج با داده‌های آزمایشگاهی نوع شبکه و مدل آشفتگی مناسب انتخاب شود. برای شبیه‌سازی حرکت اجباری هیو و پیچ خالص، یک برنامه udf نوشته شده که مدل را با دامنه و بسامد مشخص نوسان می‌دهد. خروجی نرم‌افزار تغییرات ضرایب با زمان است که به وسیله یک برنامه مطلب به ضرایب دینامیکی تبدیل می-شود. نتایج نشان می‌دهد که ضریبZ_W ̇^' با تغییر دامنه و بسامد نوسان مدل تقریباً ثابت است ولی ضرایب Z_W^' ، M_W^' و M_W ̇^' با تغییر بسامد و دامنه تا میزان 35درصد تغییر می‌کنند. نتایج حاصل تمامی ضرایب حرکت پیچ با افزایش دامنه و بسامد نوسانات مدل از خود افزایش نشان دادند. کمترین افزایش مربوط به ضریب M_q ̇^' است با کمتر از 8 درصد تغییرات در مقدار مطلق خود. مابقی ضرایب تا حدود 80 درصد نیز تغییرات از خود نشان دادند.

کلیدواژه‌ها


[1] Wu BS, Fu K (2005) Investigation of hydrodynamic characteristic of submarine moving close to the sea bottom with CFD methods. J Ship Mech 9: 14-17.
[2] Tyagi A, Sen D (2006) Calculation of transverse hydrodynamic coefficients using CFD approach. Ocean Eng 33: 798-809.
[3] Broglia R, Mascio AD, Amati GA (2007) Parallel unsteady RANS code for the numerical simulations of free surface flows. 2nd international conference on marine research and transportation, Ischia (NA), Italy.
[4] Barros ED, Pascoal A, Sa ED (2008) Progress towards a method for predicting AUV derivatives. University of Sao Paulo, Sao Paulo, Brazil.
[5] Tang S, Tamaki U, Takeshi N, Thornton B, Jiang T (2009) Estimation of the hydrodynamic coefficients of the complex shaped autonomous underwater vehicle TUNA-SAND. J Mar Sci Technol 14: 373-386.
[6] Vaz G, Toxopeus S, Holmes S (2010) Calculation of maneuvering forces on submarines using two viscous-flow solvers. ASME 29th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering.
[7] صادق­زاده ب، سیف م، مهدیقلی م (1390) تعیین ضرایب هیدرودینامیکی زیرسطحی به روش تست مدل. مجله مهندسی دریا 42-31 :(14)7.
[8] Kim S, Rhee B, Miller R (2012) Anatomy of turbulent flow around DARPA SUBOFF body in a turning maneuver using high-fidelity TANS computations. in 29th Symposium on Naval Hydrodynamics, Gothenburg, Sweden.
[9] Malik SA, Guang P  (2013) Transient numerical simulation for hydrodynamic derivatives prediction of an axisymmetric submersible vehicle. Res J Appl Sci Eng Tech 5: 5003-5011.
[10] Pan Y, Zhang H, Zhou Q (2012) Numerical prediction of submarine hydrodynanic coefficients using CFD simulation. J Hydrodyn 24(6): 840-847.
[11] Kimber N, Marshfield W (1993) Design and testing of a control surfaces for the autosub demonstrator test vehicle. Defence Research Agency, Haslar.
[12] Noori NM, Mostafapour K, Hassanpour SH (2016) CFD modeling of wing and body of an AUV for estimation of hydrodynamic coefficients. J Appl Fluid Mech 9(6): 2717-2729.
[13] جوانمرد اح، منصورزاده ش (1394)، بررسی عددی حرکت شتابدار یک ربات زیر آبی و تعیین ضرایب جرم افزوده آن. مجله مهندسی دریا 13-1 :(22)11.
[14] Shadlaghani A, Mansoorzadeh (2016) Calculation of linear damping coefficients by numerical simulation of steady state experiments. J Appl Fluid Mech 9(2): 653-660.
[15] Agoes Moelyadi M, Bambang Riswandi B (2018) CFD based added mass prediction in cruise condition of underwater vehicle dynamic. 5th International Seminar of Aerospace Science and Technology, IOP Conf.
[16] اردشیری س، موسوی­زادگان س­ح، خردمند س (1398) بررسی تأثیر سرعت و دامنه حرکت در محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی شناور زیرسطحی. مجله مهندسی مکانیک مدرس 128-117 :(1)20.
[17] راسخ م، مهدی م (1399) تخمین ضرایب هیدرودینامیکی یک بیضی­گون با ترکیب فیلتر کالمن توسعه یافته هیبریدی و دینامیک سیالات محاسبات. مجله مهندسی مکانیک شریف 108-99 :(1)36.