ارزیابی پارامترهای موثر بر مسیر حرکت یک گلایدر دریایی با دماغه کروی شکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، گروه پژوهشی انرژی‌های دریا پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابلل

2 دانشیار مهندسی مکانیک، گروه پژوهشی انرژی‌های دریا پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 استاد مهندسی مکانیک، گروه پژوهشی انرژی‌های دریا پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

4 محقق ارشد گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

شناخت کامل نیروهای هیدرودینامیکی تأثیرگذار بر حرکت گلایدرهای دریایی، برای کنترل دینامیک حرکت آن‌ها ضروری است. در این مقاله با بررسی نیروهای هیدرودینامیکی موثر بر حرکت گلایدرهای دریایی، دینامیک حرکت یک گلایدر دریایی با دماغه کروی، با استفاده از توسعه‌ی یک کد کامپیوتری در محیط نرم‌افزار متلب، مورد بررسی قرار گرفته است. براساس الگوریتم مورد استفاده در کد توسعه‌یافته، حرکت گلایدر از زمان پرتاب به درون آب، تا بازگشت به سطح، مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین، با به‌کارگیری الگوریتم بهینه‌سازی فراابتکاری، پارامترهای مؤثر بر عملکرد بهینه‌ی گلایدر تعیین شدند. پارامترهای مورد بررسی شامل سرعت پرتاب، زاویه‌ی پرتاب گلایدر، زاویه‌ی حمله‌ی باله‌ها و فاصله و موقعیت قرارگیری مرکز جرم گلایدر نسبت به مرکز شناوری (مرکز دستگاه مختصات بدنی) می‌باشند. بازه‌ی تغییرات سرعت از 5/0 تا 5 متربرثانیه، زاویه‌ی تریم شامل 15، 30، 45 و 60 درجه، زاویه‌ی باله شامل 0، 5، 10، 15 و 20 درجه و فواصل مرکز جرم و مرکز شناوری شامل 0، 1-، 3- و 5- سانتی‌متر در نظر گرفته شده است. در نهایت زاویه‌ی پرتاب 30 درجه، زاویه‌ی حمله‌ی 5 درجه برای باله و فاصله‌ی مرکز جرم و مرکز شناوری صفر و 1- سانتی‌متر در سرعت پرتاب 5 متر بر ثانیه به عنوان مقادیر بهینه انتخاب شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the affecting Parameters on the Motion Path of a Sea-glider with Spherical Nose

نویسندگان [English]

  • k divsalar 1
  • R Shafaghat 2
  • M Farhadi 3
  • R Alamian 4
1 Sea-Based Energy Research Group - Babol Noshirvani University of Technology
3 Babol Noshirvani University of Technology
4 Sea-Based Energy Research Group
چکیده [English]

In order to control seagliders dynamic motion, the full recognition of the hydrodynamic forces affecting their motion is very important. In this paper, the dynamic motion of a seaglider with a spherical nose has been studied and evaluated by using a developed computer code to obtain the hydrodynamics forces. Based on this algorithm, the time when the seaglider dives into the water until it returns to the water surface, as well as the parameters affecting the seaglider motion were investigated. Also, using a meta-heuristic optimization algorithm, the parameters affecting the optimal performance of the glider were determined. The investigated parameters include diving speed, diving angle, wing angle, distance and position of the seaglider center of mass relative to the center of buoyancy (center of the coordinate system). The speed varies from 0.5 to 5 m/s, the diving angle includes 15, 30, 45 and 60 degree, the wing angle includes 0, 5, 10, 15 and 20 degree and the distance between the center of mass and the center of buoyancy is assumed to be 0, 1, 3 and 5 cm. According to the results, the diving angle of 30°, the wing angle of 5° and the center of mass and the center of buoyancy distance of zero and 1 cm at the diving speed of 5 m/s were selected as optimal values.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sea-glider
  • Hydrodynamics Coefficient
  • Motion dynamic
  • Meta-heuristic optimization
[1] Parsons, Jerome S., Raymond E. Goodson, and Fabio R. Gold -schmied. “Shaping of Axisymmetric Bodies for Minimum Drag in Incompressible Flow”, Journal of Hydronautics, Vol.8, No.3, pp.100-107, 1974.

[2] Alvarez, A., Bertram V., and Gualdesi L., “Hull Hydrodynamic Optimization of Autonomous underwater Vehicles Operating at Snorkeling Depth”, Ocean Engineering, Vol.36, No.1, pp.105-112, 2009.

[3] Hussain, N.A.A., Mohd Rizal A., and Rosmiwati M.M. “Underwater Glider Modelling and Analysis for Net Buoyancy, Depth and Pitch Angle Control”, Ocean Engineering, Vol.38, No.16, pp.1782-1791, 2011.

[4] Ghani, M.F., and Shahrum S.A., “Design of a Body with Depth Control System for an Underwater Glider”, Vol.15, 2014.

[5] Ruiz, S., Lionel R., Bartolomé G., and Joaquín T., “Underwater Glider Observations and Modeling of an Abrupt Mixing Event in the upper Ocean”, Geophysical Research Letters, Vol.39, No.1, 2012.

[6] Barker, W.P., “An Analysis of Undersea Glider Architectures and an Assessment of Undersea Glider Integration into Undersea Applications” Naval Postgraduate School Monterey Ca Dept of Systems Engineering, 2012.

[7] Caiti, A., Calabrò V., Grammatico S., Munafò A., and Geluardi S., “Switching Control of an Underwater Glider with Independently Controllable Wings”, IFAC Proceedings Vol.45, No.27, pp.194-199, 2012.

[8] Gafurov, Salimzhan A., and Evgeniy V. Klochkov, “Autonomous Unmanned Under-Water Vehicles Development Tendencies”, Procedia Eng., Vol.106, pp.141-148, 2015.

[9] Sun, C., Baowei S., and Peng W., “Parametric Geometric Model and Shape Optimization of an Underwater Glider with Blended-Wing-Body”, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol.7, No.6, pp.995-1006, 2015.

[10] Jeong, S.K., Choi H.S., Bae J.H., You S.S., Kang H.S., Lee S.J., Kim J.Y., Kim D.H., and Lee Y.K., “Design and Control of High Speed Unmanned Underwater Glider”, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, Vol.3, No.3, pp.273-279, 2016.

[11] Putri, Tri Wahyu O., Ulinnuha L., Bambang R. T., and Hidayat, E., “Modelling and Identification of Underwater Glider for Heading Angle Correction”, International Journal of Modeling and Optimization”, Vol.7, No.2, pp.65-69, 2017.

[12] Chen, C.W., Zhuo F., and Xu. L. “Hydro-Dynamic Analysis of Underwater Glider with Diamond Wing in Unsteady and Nonuniform Flow Field”, Journal of Marine Science and Technology, Vol.26, No.6, pp.787-802, 2018.

[13] Vervoort, J.H. A.M. “Modeling and Control of an Unmanned Underwater Vehicle”, Master Traineesh. pp.5-15, 2009.

[14] Lind, E., and Magnus M. “Simulation and Control of Submarines”, MSc Thesis, Department of Automatic Control Lund University. ISSN 0280-5316, 2014.

[15] Ridley, P., Fontan J., and Corke P., “Sub-Marine Dynamic Modelling”, In Proceedings of the Australasian Conference on Robotics & Automation, 2003.

[16] Yaghini, M., Akhavan, R., “DIMMA: A Design and Implementation Methodology for Metaheuristic Algorithms - A Perspective from Software Developmen”, International Journal of Applied Metaheuristic Computing, Vol.1, No.4, pp.57-74, 2010.

[17]  هادی زمانی, جواد امینی، حسین نوروزی و امین پاک نژاد، "شبیه‌سازی دینامیکی گلایدر زیر سطحی"، هفدهمین همایش صنایع دریایی، جزیره کیش، انجمن مهندسی دریایی   ایران، ۱۳۹۴.