تحلیلی برضرایب هیدرودینامیکی بدنه اژدرها و سناریوهای اندازه گیری تجربی آنها

چکیده

بدون شناخت دقیق ضرایب هیدرودینامیکی یک بدنه متحرک زیرآبی,  انجام تحلیل های هیدرودینامیکی و مطالعه دینامیک حرکت چند درجه آزادی این نوع بدنه ها میسر نمی باشد. اثرات حرکتی بدنه بر محیط و اثرات متقابل جریان سیال بر بدنه, تابعی از پروفیل هندسی بدنه, سرعت حرکت بدنه, نوع مانور آن و همچنین جنس سیال و نوع رژیم سیال بر روی بدنه است. در تحلیل های دینامیکی و کنترل پایداری, بدنه به صورت یک جسم صلب در نظر گرفته شده و سپس با معلوم بودن 36 ضریب هیدرودینامیکی برای بدنه مورد نظر, حرکت شش درجه آزادی آن تحلیل و پیش بینی می شود. در این مقاله به تحلیل این ضرایب برای بدنه های متقارن زیرآبی همچون بدنه اژدرها پرداخته شده و مهمترین ضرایب حاکم بر حرکت چنین بدنه هایی معرفی شده اند. سپس سناریوی آزمایش های لازم برای اندازه گیری تجربی این ضرایب معرفی و تحلیل شده است.  تحلیل های انجام شده نشان می دهد که برای تحلیل های دینامیکی و پایداری حرکت بدنه یک اژدر, از میان 36 ضریب کلی هیدرودینامیکی موجود, تنها تعیین 12 ضریب هیدرودینامیکی کافی می باشد. تمرکز این مقاله بر تحلیل این ضرایب هیدرودینامیکی و تشریح سناریوی آزمایش های لازم می باشد و حل عددی این معادلات در این مقاله ذکر نمی شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Analysis on Hydrodynamic Coefficients of Torpedo Bodies and The Corresponding Measurement Scenarios

چکیده [English]

Study of the hydrodynamic characteristics of an underwater body requires a good knowledge about hydrodynamic coefficients of the body.  The fluid forces acting on an underwater body and their effects on the flow field are depended to the body geometry, motion speed, body maneuvering, the fluid properties and the flow regimes on body surfaces. Thereafter knowing the hydrodynamic coefficients, one can predicts the body motions in Six degree of freedoms (6 DOF) by considering the vehicle as a rigid body and using of the second Newton’s law. At this paper, in order to determine more important coefficients affecting the vehicle motion and its stability, all of the hydrodynamic coefficients for conventional torpedo bodies are analyzed. Then the corresponding experimental scenarios for measuring the important coefficients are discussed in details. These analyses show that only twelve coefficients are more important and necessary for hydrodynamic studies of these bodies. It must be noted that the emphasis of this paper is not on the numerical solution of these hydrodynamic equations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrodynamic Coefficients
  • Underwater Bodies
  • Measurement Scenarios
  1. 1.      Curtin, T., “The Autonomous Oceanographic Sampling Network”, Proceedings of the Oceanology International’98 Conference, vol. 3, pp 1-16, Brighton, UK, 1998.
  2. 2.      Bellingham et al, “Virtual environments for AUV development and ocean exploration”, MIT.
  3. 3.      Smith, S.M., Dunn, S.E., Hopkins, T.L., Heeb, K. & Pantelakis, T., “The Application of a Modular AUV to Coastal Oceanography”, Proceedings of the IEEE Oceans’95 Conference, San Diego, pp. 1423-1432, 1995.
  4. 4.      An, P.E. & Smith, S.M., “An Experimental Data Base of Ocean Explorer AUV for Self-Motion Controlled Study”, IEEE Transactions on Oceanic Engineering, Vol. 23, pp. 274-285, July 1998.
  5. 5.      Dhanak, M.R. & Holappa, K., “An Autonomous Ocean Turbulence Measurement Platform”, Journal of Atmospheric and Ocean Technology, vol. 16, pp. 1506-1518, 1999.
  6. 6.      Fossen, T., “Guidance and Control of Ocean Vehicles”, John Wiley & Sons Ltd., Chichester, UK, 1994.
  7. 7.      Society of Naval Architects and Marine Engineers, “The Principles of Naval Architecture”, New-York, N.Y., 1967
  8. 8.      Wehausen, J.V., “Initial-Value Problem for the Motion in an Undulating Sea of a Body with Fixed Equilibrium Position”, Journal of Engineering Mathematics, vol. 1, pp. 1-19,1967.”
  9. 9.      Newman, J.N., “Marine Hydrodynamics”, The MIT Press, Cambridge, 1977.
  10. 10.  Kundu, P.K., “Fluid Mechanics”, Oceanic Center, Nova University, Dania, FL, 1990.
  11. 11.   Decron, S., “Analytical and Numerical Investigation of the Dynamics of Autonomous Underwater Vehicles”, Technical Report, University of Technology of Troyes, France, 54p, 2000.