محاسبه عددي و تحليلي گشتاور مانك در جريان لزج براي يك زيردريايي هوشمند در وضعيت سووي خالص درآزمايش PMM

Numerical and Analytical Calculation of Munk Moment in Real Flow for an Autonomous Submarine in Pure Sway Motion in PMM Test

گشتاور مانك يك گشتاور ناپايداركننده در تركيب حركات سرج و سووي شناور است. دراين مقاله گشتاورمانك براي بدنه يك زيردريايي هوشمند با استفاده ازديناميك سيالات محاسباتي وروش حجم محدود محاسبه شده است. بعلاوه ضرايب هيدروديناميكي جرم اضافه براي محاسبه گشتاور مانك با استفاده از رابطه تحليلي در جريان پتانسيل محاسبه گرديده است. ضرايب دمپينگ نيز در شبيه سازي عددي محاسبه گرديده اند. شبيه سازي جريان حقيقي اطراف شناور در حركات سرج و سووي خالص به صورت عددي و در حالت غيردائم انجام شده است. بعلاوه اثرات آشفتگي با مدل k-ω sst در مدلسازي عددي لحاظ گرديده است. براي استخراج نيرو و گشتاور، از مكانيزم حركت صفحه اي PMM در وضعيت سووي خالص استفاده شده است. در شبكه بندي دامنه محاسباتي مساله براي ايجاد حركت شناور از تكنيك شبكه همپوشان(overset) استفاده شده است. همچنين براي بررسي دقت شبيه سازي، استقلال از شبكه صورت گرفته است. پس از استخراج نيرو و گشتاور، معادلات چند جمله اي مرتبه ششم آنها بر حسب سرعت و شتاب حركت سووي درونيابي گرديده است. با استفاده از معادلات بدست آمده و تعريف هر ضريب، مقادير ضرايب هيدروديناميكي جرم اضافه و دمپينگ مرتبه دوم به منظور معتبرسازي استخراج گرديدند. نتايج بدست آمده براي ضرايب هيدروديناميكي تطابق خوبي با مقادير آزمايشگاهي داشتند. در نهايت، مقايسه اي بين گشتاور بدست آمده در شبيه سازي عددي و فرمول تحليلي گشتاور مانك مقادير انجام گرديده است. بعلاوه مقدار N_v (مشتق گشتاورحول محور z نسبت به شتاب حركت عرضي) با استفاده از تئوري پتانسيل محاسبه و با مقدار عددي و آزمايشگاهي مقايسه گرديده است.

The Munk moment may make the vessel unstable in simultaneous Surge and Sway motions. In this paper the munk moment was calculated by computational fluid dynamics (CFD) and finite volume method (FVM) for an autonomous submarine. Furthermore the added mass coefficients were calculated for computation of munk moment using analytical formulation in potential flow. The damping coefficients were also calculated. The unstedy state numerical simulation of real flow for surge and sway motions has been performed. The turbulent effects were considered by using k − ω sst turbulence model. Using Planar Motion Mechanism (PMM) in pure sway situation, the forces and moments were calculated. The overset mesh was used for grid generation in computational domain. The mesh independency has been also prerformed. Using sixth order polynomial interpolation for forces and moments of numerical simulation, the hydrodynamic coefficients were calculated. The results showed good agreement with experimental data. Finally, the munk moment of numerical simulation and analytical formulation have been compared. Furthormore N􀀋̇was calculated based on potential theory and also compared with numerical and experimental ones