توسعه مدل عددي-نيمه تجربي جهت تخمين مشتقات هيدروديناميكي يك AUV

Development of a Numerical-Semi Empirical Model to Estimate Hydrodynamic Derivatives of an AUV

افزايش استفاده از وسايل زيرسطحي خودكنترل منجر به ايجاد حساسيت بيشتري در طراحي آن‌ها شده است. موضوع اكثر مطالعات طراحي زيرسطحي ها روي بحث كاهش درگ، فرمانپذيري مناسب و پايداري آن‌ها بوده است. طراحي مناسب و پيش‌بيني رفتار اين وسايل مستلزم تخمين دقيق بارها از مشتقات هيدروديناميكي مربوط به آن‌ها مي باشد. در اين مقاله مشتقات هيدروديناميكي زيرسطحي هيدرولب500 با استفاده از تركيب روش عددي و نيمه تجربي تخمين زده‌شده است. در اين روش ابتدا مشتقات هيدروديناميكي بدنه زيرسطحي با اعمال حركات نوساني اجباري هيو و پيچ خالص با استفاده از يك مدل عددي بر پايه ديناميك سيالات محاسباتي تخمين زده شده است و سپس به كمك فرمول هاي نيمه تجربي مقادير مشتقات هيدروديناميكي مربوط به بالك ها اضافه گشته است. به‌منظور اعتبار سنجي نتايج مدل ارايه‌شده، تست تجربي موسوم به تست PMM با استفاده از تست-هاي تونل آب انجام گرفته است. نتايج اعتبارسنجي نشان مي دهد كه تركيب روش ديناميك سيالات محاسباتي و روش نيمه تجربي در محاسبه مشتقات هيدروديناميكي كارآمد بوده و قادر است با دقت مناسبي اين ضرايب را تخمين بزند و همچنين استفاده از اين روش هزينه محاسباتي در طراحي تفصيلي را كاهش مي دهد.

Increased use of Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) caused an increase in their design sensitivity. The subject of most of AUV design studies was on drag reduction, ease of handling and their stability. Adequate design and prediction of the behavior of these vehicles requires an accurate estimation of corresponding hydrodynamic derivative loads. In this study, Hydrodynamic derivatives of the AUV have been estimated using numerical and semi empirical methods. First, using a numerical method based on CFD, hydrodynamic derivatives related to the body of the Hydrolab500 have been estimated by applying pure heave and pure pitch oscillatory movements, and then, with the aid of semi empirical formulas, hydrodynamic derivative values of hydrofoils have been added. To validate the results, Planar Motion Mechanism (PMM) experimental test has been carried out using water tunnel tests. The validation results show that combining CFD method and semi empirical method is efficient in the calculation of hydrodynamic derivatives and is able to estimate these coefficients with reasonable accuracy. Using this method, the computational cost of detailed design has been reduced.