شبيه سازي سازي شش درجه آزادي يك جسم خودگردان زيرآبي با جرم متغير

Six Degree of Freedom Simulation of a Variable Mass Autonomous Underwater Vehicle

در اين تحقيق، ابتدا معادلات حركت براي يك جسم خود‏گردان زير آبي در حالت جرم متغير استخراج شده، معادلات مزبور به معادلات فضاي حالت تبديل و سپس نحوه انجام شبيه سازي عددي به كمك حل اين دسته معادلات تشريح شده است. از ملزومات شبيه سازي، محاسبه نيروها و گشتاورهاي هيدروديناميكي است كه اين كميت‏ها، خود توابعي غير خطي از متغيرهاي سيستم هستند. اين وابستگي به كمك ضرايب نيرو و گشتاور نشان داده‏ مي‏شود كه محاسبه آن‏ها در اين مطالعه، به كمك نرم افزار ميسيل دت كام انجام مي پذيرد. علاوه بر آن اثرات حركت شتاب‏دار جسم در سيال نيز، با كمك جملات جرم افزوده لحاظ مي‌شود. براي صحه‏سنجي نيز نتايج حاصل از شبيه سازي با موارد قابل پيش‎بيني از لحاظ كيفي و در برخي موارد كمي، مقايسه شده اند كه مشاهده مي‏شود برنامه شبيه‏سازي از صحت مناسبي برخوردار است. مجموعه تعريف شكل سامانه، انجام شبيه سازي، محاسبه ضرايب، رسم منحني‏هاي كميت‏هاي خروجي بر حسب زمان و انيميشن پرتاب در يك نرم افزار جامع مجتمع شده‏اند كه در نهايت، اين نرم افزار امكان شبيه سازي حركت يك جسم خودگردان زير آبي كه مجهز به تعدادي بالك ثابت و يك سري بالك متحرك است را براي كاربر مهيا كرده است.

In this research, the general form of the governing equations that could be accounted as an essential prerequisite for simulation of a body is derived for an underwater varying mass body. In this study, the appropriate form of the aforementioned equations in the state space is presented and the procedure of motion simulation is illustrated. The hydrodynamic forces and moments, which could be viewed as the main inputs for simulation process, are generally nonlinear functions of system variables and are calculated with their respective coefficients. These coefficients, in turn, are associated with different system variables (such as control variables) and are calculated utilizing the MISSILE DATCOM code. Comparison of results associated to the current work and those of existing simple cases quantifies the accuracy of simulation procedure. The definition of body shape, simulation process, post processing and animating the body trajectory are all carried out in a general prepared software which is capable of simulating arbitrary underwater bodies consist of fixed wings and moving flaps.