فني

ادداشت
ي

فني

ادداشت

ي

بررسي تجربي و تئوري رفتار ديناميكي زيرسطحي ها

حسن صيادي1*1، مسعود رحيميان2 ، محمد سعيد سيف3
قطب علمي هيدروديناميك و ديناميك متحركهاي دريايي، دانشگاه صنعتي شريف

دانشيار، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي شريف
كارشناس ارشد مهندسي مكانيك – دريا، دانشكده مكانيك، دانشگاه صنعتي شريف
استاد، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي شريف

چكيده
در سالهاي اخير استفاده از وسيلههاي بدون سرنشين به دليل كاهش خطرات انساني در بخش دريا بـسيار مـورد توجـه قـرارگرفتهاند. پيشبيني رفتار ديناميكي يك وسيله زير سطحي هوشمند در مرحله طراحي بسيار مهـم اسـت. بـه عبـارت ديگـر بـرايطراحي يك زيرسطحي هوشمند بايد قابليت كنترل و مانور آن توسط مدلهاي رياضي دقيق مورد بررسي قرار گيرد. مـدل رياضـيشامل نيروها و ممانهاي هيدروديناميكي است كه به صورت معادلات حركت بيان مي شـوند. بنـابراين ضـروري اسـت كـه پـيش ازساخت به منظور بهينه كردن طراحي، قابليت مانور و رفتار ديناميكي وسيله زيرسطحي پيشبيني شود كه اين امر با شـبيهسـازيكامپيوتري امكان پذير است.
زيرسطحيSUT-2 يك زيرسطحي هوشمند است كه در طي سالهاي اخير طراحي و ساخته شده است. تستهـاي آزمايـشگاهيحركت آن انجام گرديده و نتايج آن در بهينه كردن رفتار ديناميكي و طراحي زيرسطحي فوق مورد استفاده قرار گرفتـه اسـت. در اين مقاله به بررسي رفتار ديناميكي زيرسطحي هوشمندSUT-2 و نتايج تست و شـبيه سـازي پرداختـه شـده و ويژگـي هـاي آن تحليل گرديده است. اين نتايج ميتوانند در بهبود قابليت مانور زيرسطحي و طراحي كنترلر هوشمند مـورد اسـتفاده قـرار گيرنـد.
روش ارائه شده محدود به زيرسطحيSUT-2 نبوده و در بررسي و طراحي انواع وسايل و رباتهاي زيردريايي قابل استفاده خواهدبود.
كلمات كليدي: شبيه سازي ديناميكي، ضرايب هيدروديناميكي زيرسطحي، زيرسطح ي هوشمند، تست تجربي زيرسطحي

TECHNICAL NOTE

TECHNICAL NOTE

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON DYNAMICS BEHAVIOR OF
UNDERWATER VEHICLE

H. Sayyaadi1, M. Rahimian2, M.S. Seif 3
Center of Excellence in Hydrodynamics and Dynamics of Marine Vehicles,
Sharif University of Technology
Associate Professor, Mech. Eng. Department, Sharif University of Tech.
Master of Since in Mech. Eng., Mech. Eng. Department, Sharif University of Tech.
Professor, Mech. Eng. Dep., Sharif University of Tech.

[email protected] نويسنده مسوول مقاله *
9
Abstract
In recent years, unmanned vehicles have intensively been developed to reduce risk on human life for marine applications. Predicting the dynamics behavior of an autonomous underwater vehicle is important during the vehicle’s design phase. In other words to design an AUV, one must clarify its maneuverability and controllability based on a mathematical model. The mathematical model contains various hydrodynamics forces and moments expressed collectively in terms of dynamics equations. Therefore, to optimize the AUV design it is necessary to predict maneuvering ability and dynamics behavior of AUV. This can be done by computational simulation.
SUT-2 is an AUV system, being developed by Marine Engineering Research Center, Sharif University of Technology in Iran. Primary dynamics test have been developed in marine engineering laboratory. In this paper dynamics behavior of this AUV is investigated by using experimental test and computational simulation. Results can be used to optimize the dynamics behavior and designing the autonomous controller of AUV.
Keywords:Dynamics Simulation, Autonomous Underwater Vehicles (AUV), Hydrodynamics Coefficients of AUV, Experimental Test for AUV

1- مقدمه
طي دهه هاي اخير وسيلههاي بدون سرنشين به دليل كاهش خطرات انساني در بخش دريا بسيار مورد بهرهبرداري قرار گرفتهاند. در مهندسي زيرسطحي و عمليات دريايي نيز اين موضوع اهميت ويژهاي يافته و بدليل محدوديت در تأمين توان مورد نياز براي رانش و تجهيزات جانبي وسيله زيرسطحي، تخمين دقيق نيروهاي مورد نياز براي انجام مأموريت امري ضروري است. بر اين اساس پيشبيني رفتار ديناميكي يك وسيله زيرسطحي هوشمند1 در مرحله طراحي بسيار مهم مي باشد. به عبارت ديگر براي طراحي يك زيرسطحي هوشمند بايد قابليت كنترل و مانور آن توسط مدلهاي رياضي دقيق مورد بررسي قرار گيرد.
بنابراين ضروري است كه پيش از ساخت به منظور بهينهسازي طراحي، قابليت مانور و رفتار ديناميكي وسيله زيرسطحي پيش بيني شود كه اين امر با شبيهسازي كامپيوتري امكان پذير است. مدل رياضي شامل نيروها و ممانهاي هيدروديناميكي ميباشد كه به صورت روابط حركت بيان ميشوند. و شبيه سازي دقيق حركت زيرسطحي ها با حل اين روابط و به كمك ضرايب هيدروديناميكي بدنه امكان پذير است.
در حال حاضر در حدود 46 مدل AUV در سراسر جهان در وضعيت عملياتي قرار دارند. تعدادي از آن ها قادر به انجام مأموريتهايي در اعماق دريا، در زير آبهاي يخزده و نيز در نيروگاههاي هستهاي هستند. كاربرد اصلي اين صنعت نوپا را ميتوان عمدتاً صنايع عظيم نفت و گاز و صنايع نظامي دانست، اما دستاوردهاي اين صنعت به گونه ايست كه همچون صنايع موفق ديگر رشد و شكوفايي اين صنعت وابسته به دانشگاهها و محافل علمي است. اما به علت رشد تقاضا و هزينه هاي ساخت و توليد تجاري بسيار سنگين و سرسام آور AUV وجROV ها، كوچكترين دستاوردهاي پژوهشي جديد تأثيرات محسوسي در شكوفايي هر چه بيشتر اين صنعت داراست. به همين دليل است كه سرمايه گذاري قابل توجهي در جهان بر روي فعاليتهاي پژوهشي در اين زمينه از طرق مختلف از جمله حمايت از هسته هاي پژوهشي، دانشگاهي و برگزاري مسابقات مرتبط در جريان است.
زيرسطحي C-SCOUT در سال 2001 به منظور كاربردهاي فراساحل و تحقيقاتي در كانادا ساخته شده است. اين ربات داراي طول 5/4 متر و سرعت طراحي 5/1 متر بر ثانيه است. تست در حوضچه كشش، تستهاي مانور و شبيه سازي ديناميكي روي اين وسيله انجام شده است. در سال 1996 در دانشگاه توكيو يك شبيه ساز وسايل زيرسطحي بنام MVS طراحي شده است كه قابليت شبيهسازي مأموريت چند ربات زيرسطحي را همزمان دارد و همچنين ميتواند بصورت آنلاين با عمليات ربات كار كند. تاكنون روشهاي مختلفي براي مدلسازي رباتهاي زيرآبي ارائه شده زيرسطحي در كشور براي بررسي ديناميك حركت متحرك هاي مختلف زيرسطحي بسيار مفيد خواهد بود. در اين مقاله شبيه سازيهاي هيدروديناميكي با برنامه نويسي در نرم افزار MATLAB بر روي زير سطحي SUT-2 انجام ميشود. شبيه سازي در اين تحقيق از طريق استخراج ضرايب هيدروديناميكي كه به روش تئوري و يا تجربي بدست آمده، انجام ميشود.
انجام تست تجربي روي وسيله بدين علت است كه بتوان نتايج هر دو روش با يكديگر مقايسه و اعتبارسنجي انجام شود و در نهايت با تكيه به روش ارائه شده شبيه ساز حركات وسايل زيرسطحي داراي خطاي ناچيزي بوده و مي توان وسايل مختلف زير سطحي را به اين روش شبيهسازي كرد.

2- كليات طراحي SUT-2
در اين قسمت روند طراحي فرم بدنه و تعيين ابعاد SUT-2 تشريح مي شود. بدنه از نوع كروزينگ شكل انتخاب شده است. براي طراحي بدنه و تعيين ابعاد آن يك چرخه طراحي وجود دارد كه با توجه به پارامترهاي مختلف در طراحي با يك روند رفت و برگشتي طراحي انجام ميشود. البته در صورتي كه از بدنههاي مشابه ساخته شده در دنيا براي طراحي استفاده شود، روند طراحي بسيار سريع تر و راحت تر انجام ميگيرد [4].
خطوط بدنه بدين شكل است كه دماغه بيضي گون بوده، قسمت دم يك معادله درجه 3 و قسمت مياني يك استوانه است. شكل 1 ابعاد اصلي SUT-2 را نشان مي دهد. ابعاد بدنه در جدول 1، مشخصات سطوح كنترلي در جدول 2 و مشخصات پروانه در جدول 3 آورده شده است.

038714

a

b

c
D

a

b

c



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید