بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله حاضر به بررسی و تحلیل سه بعدی جریان حول یک نمونه AUV بر مبنای روش حجم محدود پرداخته شده است. محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی به روش تحلیلی-تجربی تنها برای هندسه های اژدرشکل از دقت قابل قبولی برخوردار است اما با استفاده از حل عددی، ضرایب مذکور علاوه بر دقت بالاتر، برای هر هندسه ای قابل دستیابی است.
در این مقاله با استفاده از شبیهسازی مانورهای تست کشش و تست حرکت صفحهای که با قرار دادن AUV در معرض جریانهای مختلف انجام میگیرد، به محاسبه این ضرایب پرداخته شده است. به منظور حرکت جسم در سیال از روش شبکه متحرک بهره گرفته شده است. در نهایت نشان داده شده است که نتایج به دست آمده، از تطابق خوبی با دادههای تجربی برخوردار است.
-1 مقدمه
پیش بینی چگونگی حرکت AUV، یکی از مهمترین مراحل طراحی آن میباشد. تعیین مکان، سرعت و شتاب AUV در هر زمان جهت به انجام رساندن ماموریت لازم است و هر چه این اطلاعات دقیقتر باشد، میتوان کنترل بهتری روی AUV داشت و انجام ماموریت با موافقت بیشتری همراه خواهد بود. بدین منظور به اطلاعاتی همچون مشخصات بدنه و شرایط عملکردی AUV، همچنین نیروها و عوامل محیطی بر مساله نیاز است.
در این بین، عملکرد پروانه و سطوح کنترلی و تاثیرات متقابل آنها با بدنه و با یکدیگر و مشخصات هیدرودینامیکی آنها قابل توجه است. با در دست داشتن این اطلاعات و با وارد کردن موقعیت و شرایط اولیه AUV، میتوان مکان و سرعت و شتاب AUV را در زمان دلخواه بدست آورد. برای تحلیل این موضوع به دو گونه میتوان با مساله روبرو شد. در روش اول، مدلسازی بر اساس معادلات حرکت جسم با شش درجه آزادی و با درنظر گرفتن برخی فرضیات ساده کننده و برنامه نویسی بر اساس این معادلات انجام میگیرد.
واضح است که هر چه این فرضیات یه واقعیت نزدیکتر باشد، نتایج حاصل نیز خطای کمتری خواهد داشت. در روش دوم با استفاده از شبیهسازی حجم محدود، برعکس روش اول، میتوان با بررسی چگونگی حرکت جسم با شش درجه آزادی و بررسی تاثیر نیروهای وارده بر آن، ضرایب هیدرودینامیکی مربوط به AUV مورد استفاده را محاسبه کرد. در این مقاله بعد از یکسری تعاریف و روابط کلی، ابتدا به مدلسازی و تولید شبکه حول یک نمونه AUV به نام - Prestero, 2002 - Remus100 پرداخته میشود؛ سپس مراحل شبیه-سازی عددی انجام شده ارائه میشود. در ادامه پس از مشاهده نتایج حاصل، بحث و نتیجه گیری از کار حاضر ارائه خواهد شد.
-2 معادلات حرکت شش درجه آزادی
تعریف واضح سیستمهای مختصات، به طور عمده وابسته به درک معادلات سینماتیکی حرکت میباشد. به طور دقیقتر، متغیرهای تعریف شده برای انتقال و دوران فریم مختصات جهانی و سرعتهای خطی و دورانی فریم مختصات بدنه - u,v,w,p,q,r - درجدول1 و شکل1 آمده است . - Chen, 2007 - با استفاده از روابط موجود در مرجع - Prestero, 2002 - ، فرم نهایی معادلات مربوط به نیروهای هیدرودینامیکی به صورت رابطه - 1 - مشاهده میشود.
با توجه به اینکه تاثیر ضرایب هیدرواستاتیکی هنگامی مشهود خواهد شد که مقدار جرم و شناوری AUV یکسان نباشد و همچنین بین مرکز جرم و مرکز شناوری فاصلهای وجود داشته باشد؛ که در این صورت باید این مقادیر نیز در معادلات نیرو و گشتاور شناور منظور شود. در این مطالعه، شبیهسازی AUV به شکلی مدل شده است تا از ضرایب هیدرواستاتیکی صرف نظر شود و محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی آسانتر گردد؛ به عنوان مثال با برداشتن شتاب جاذبه در یک مانور خاص، ضریب هیدرواستاتیکی در یک راستا برابر صفر خواهد شد.
-3 هندسه و تولید شبکه
در این قسمت به بررسی حل عددی روی یک نمونه AUV به نام Remus100 پرداخته خواهد شد که مشخصات دقیقتر آن در مرجع - Prestero, 2002 - آمده است. در ابتدا با توجه به روابط داده شده برای سه قسمت دماغه، بدنه میانی و دم AUV پروفیل سه بعدی آن در نرم افزار SolidWorks تهیه شده است که در شکل2 مشاهده میشود.
