بخشی از مقاله
چکیده
محاسبات مانور یکی از مهمترین محاسبات هیدرودینامیکی است که برای شناورها انجام می شود. در این مقاله زیردریایی سابوف به عنوان مدل معیار انتخاب گردیده و سپس پنج سطوح کنترلی پاشنه با مساحت و موقعیت طولی یکسان و ضریب منظری متغیر در محدوده 0,6 تا 0,8 مدلسازی شده است. سپس پایداری هیدرواستاتیکی، ضرایب هیدرودینامیکی و معیار پایداری دینامیکی در نرم افزار تخصصی دریایی پارامرین مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مانور زیگزاگ 10 - - 10 شبیه سازی شده و منحنی زاویه سکان و زیردریایی برای پنج سطوح کنترلی پاشنه استخراج گردید و قابلیت تغییر و حفظ مسیر با معیار استاندارد IMO صحت سنجی شده است.
مقدمه
هیدرودینامیک شناورها از مجموعه رفتار شناور در دریا، شامل: مقاومت و فرم بدنه، پروانه و سیستم رانش، دینامیک حرکت شناور، دریامانی و مانور شناور تشکیل می شود. مانور مجموعه ای از قابلیت های شناور جهت حرکت در مسیر مستقیم، تغییر مسیر حرکت، دور زدن، شتاب گرفتن، ترمز کردن و به عقب حرکت کردن است. شناورهای زیرسطحی دارای مکانیزم هایی جهت کنترل هیدرودینامیکی عمق، بویانسی، جهت گیری و سرعت هستند که شامل: مخازن بالاست اصلی و فرعی، هیدروپلن های سینه و پاشنه، مکانیزم سیستم رانش و سکان است.[1] شناورهای زیرسطحی هوشمند یا 1AUVها، رباتهای هوشمندی هستند که برای انجام عملیات مشخص زیرآبی به کار برده می شوند.
اکتشافات زیرآبی، نقشه برداری از کف دریا، نمونه برداری در اعماق، عملیات نجات در زیر آب، تحقیقات زیست محیطی و تصویربرداری از اعماق آب، تنها نمونه هایی از کاربردهای این نوع شناورها در زمینه های علمی و تحقیقاتی است که این موضوع اهمیت توجه به این نوع رباتهای دریایی را بیش از پیش نشان می دهد.[2] از این رو شناخت مشخصه های پایداری هیدرودینامیکیAUV و قابلیت مانورپذیری آن می تواند نقش مهمی در چگونگی انجام دادن عملیات این نوع شناورها ایفا کند.
یکی از عناصر کلیدی در عملکرد یک شناور زیرسطحی هوشمند، مانورپذیری و حساسیت آن نسبت به تغییر پارامترهای هیدرودینامیکی است و همچنین ضرایب هیدرودینامیکی به شدت بر روی بازدهی دینامیکی شناورهای زیرسطحی هوشمند تاثیرگذار هستند. شناخت این ویژگی ها به طراح سیستم این اجازه را می دهد تا رفتارهای ذاتی وسیله را از هم تمیز دهد. محققان زیادی نیز بر روی این نوع شناورها و مشخصه های هیدرودینامیکی شامل نیروها و ضرایب آنها فعالیت نموده اند که از آن جمله میتوان به گرتلر 1950، یو اس ای اف 1968، مائدا 1988، اوانز و ناهون 2004، وات و بوهمن 2004 و جاگادیش 22009 اشاره نمود.[3]
به طور کلی میتوان پارامترهای موثر بر رفتار حرکت یک شناور زیرسطحی هوشمند را به دو دسته پارامترهای هندسی و هیدرودینامیکی تقسیم نمود که دسته اول بر دسته دوم نیز تاثیرگذار است. از جمله پارامترهای هندسی میتوان به مقیاس بندی، نسبت طول به قطر3، اندازه سطوح کنترل و موقعیت سطوح کنترل اشاره نمود. از جمله پارامترهای هیدرودینامیکی نیز میتوان جرم اضافی، ضرایب لیفت و درگ، مرکز هیدرودینامیکی بدنه و مرکز فشار سطوح کنترلی را نام برد.
این پارامترها به دو دسته متغیرهای طراحی مستقیم و متغیرهای طراحی غیر مستقیم نیز تقسیم می شوند. که مقادیر متغیرهای طراحی مستقیم به شدت بر متغیرهای طراحی غیر مستقیم تاثیرگذار هستند تا جایی که به دست آوردن مقدار مشخصی از متغیر طراحی غیر مستقیم میتواند در انتخاب یک متغیر طراحی مستقیم فاکتور تعیین کننده باشد. خواص یا پارامترهای هندسی شناور زیرسطحی هوشمند، متغیرهای طراحی مستقیم هستند، اما خواص و پارامترهای هیدرودینامیکی آن متغیرهای غیر مستقیم می باشند. تقسیم این پارامترها به متغیرهای مستقیم و غیر مستقیم در حالت کلی تر به آنالیزهای حساسیت پذیری دو مرحله ای وابسته است.
در مرحله اول شامل حساسیت ضرایب هیدرودینامیکی نسبت به تغییرات هندسی - مقیاس بندی، نسبت طول به قطر، اندازه و موقعیت سطوح کنترلی - مشخص و مرحله دوم حساسیت رفتار حرکتی شناور نسبت به تغییرات ضرایب هیدرودینامیکی است.[4,5] در این مقاله مرحله اول حساسیت ضرایب هیدرودینامیکی نسبت به تغییرات ضریب منظری سطوح کنترلی و سپس مرحله دوم به کمک شبیه سازی مانورهای معیار در سرعت معلوم و زوایای سطوح کنترلی معین انجام می گیرد. همچنین مانور انتخاب شده برای اندازه گیری پاسخ شناور نسبت به تغییر پارامترهای طراحی، تست زیگزاگ 10 - - 10 می باشد.
مشخصات هندسی مدل معیار
سازمان پروژه های تحقیقات پیشرفته دفاعی آمریکا1 به منظور توسعه روش هایی که بتواند در آینده به طراحی زیردریایی های پیشرفته کمک نماید، پروژه DARPA SUBOFF را جهت ارزیابی پیش بینی های مختلف میدان جریان برای یک بدنه متقارن لخت و بدنه متقارن همراه با ملحقات مطرح نمود. بدنه و ضمائم مدل سابوف توسط مرکز تحقیقات دیوید تیلور 2 - DTRC - طراحی شده و دارای ملحقاتی از جمله یک برجک و چهار سطح کنترلی - دو بالک و دو سکان - است.[6] از آنجایی که این فرم بدنه استاندارد بوده و مشخصات و نتایج تست های آن موجود می باشد، این زیردریایی به عنوان مدل معیار انتخاب گردیده و مشخصات هندسی آن در جدول - 1 - ذکر شده است. [7]
