پایداری دینامیکی رول ربات خودکار زیرآبی با فرم بدنه شبه ماهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا / دانشکده مهندسی دریا دانشگاه صنعتی امیر کبیر

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی دریایی

چکیده

ربات خودکار زیرآبی طراحی و ساخته شده با فرم بدنه نوین شبه‌ماهی برای هدف بازرسی خطوط لوله و کابل زیردریا مورد ارزیابی هیدرودینامیکی قرار گرفته است. افزایش پایداری دینامیکی ربات های بازرس زیرآبی علاوه بر کاهش مصرف انرژی به دلیل افزایش قابلیت حفظ مسیر حرکت ربات، موجب تسهیل در کنترل رفتار دینامیکی آن در محیط پراغتشاش اعماق دریا با توجه به وجود جریان‌های دریایی می‌شود. انحراف از مسیر اصلی به علت ناپایداری دینامیکی زاویه‌ای حول محور طولی یا رول، یک پدیده نامطلوب دینامیکی برای ربات‌های زیرآبی است. پس از بیان معادلات حرکت حاکم بر وسیله، گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر بدنه از طرف جریان سیال آب با مدلسازی عددی در دینامیک سیالات محاسباتی استخراج شده‌است. ربات به عنوان جسم صلب و جریان اطراف آن به صورت پایا و تراکم‌ناپذیر فرض شده‌است. با بیان ارتباط خطی بین گشتاور هیدرودینامیکی و سرعت زاویه‌ای جریان، ضریب هیدرودینامیکی خطی بازدارنده یا میرایی مورد نیاز محاسبه شده‌‌است. به کمک ضریب هیدرودینامیکی بازدارنده استخراج شده، پایداری دینامیکی ربات حول محور طولی مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. برای اطمینان از صحت نتایج، یافته‌های پژوهش حاضر با داده‌های آزمایشگاهی بدنه متقارن محوری متعلق به دپارتمان هیدرودینامیک کشتی مرکز تحقیقات دیوید تیلور مقایسه شده‌است؛ یافته‌های عددی تطابق خوبی را با آزمایش نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که پایداری دینامیکی رول برای ربات با فرم بدنه پیشنهادی با مقطع مثلثی در این مقاله 10 برابر بیشتر از ربات‌های با فرم بدنه‌ رایج متقارن محوری با مقطع دایروی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Roll dynamic stability of an autonomous underwater vehicle with a fish-like hull shape

نویسندگان [English]

  • Amir Honaryar 1
  • Mahmoud Ghiasi 2
1 PhD Student / Department of Maritime Engineering , Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

An autonomous underwater vehicle designed and manufactured with fish-like hull shape in order to subsea pipeline and cable inspection. The behavior of the vehicle is analysed hydrodynamically. Not only does having high hydrodynamic stability decrease energy consumption because of high course keeping ability, but also it facilitates dynamic behavior control of robot regarding the disturbances like marine currents in water. Roll dynamic instability would be an adverse phenomenon for underwater vehicles results in deviation from the main path. After mentioning governing motion equations of vehicle, hydrodynamic moment acting on the body has been computed numerically using computational fluid dynamics. The robot is assumed to be a solid body and the flow passing over it is considered steady and incompressible. Having extracted relationship between moment and flow angular velocity, the linear hydrodynamic coefficient needed for stability analysis is estimated. Using this damping coefficient, roll dynamic stability of the robot has been evaluated. To ensure accuracy of numerical results, computations are compared with axisymmetric body designed and manufactured in Ship Hydrodynamic Department of David Taylor Research Center; Comparisons show firmly good agreement with experiments. Results reveal that roll dynamic stability of proposed hull shape with triangular cross section is 10 times as great as that of conventional axisymmetric body with circular cross section.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Autonomous underwater vehicle
  • roll dynamic stability
  • CFD
  • hydrodynamic damping coefficient