Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Shahriar Mansourzadeh
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) شهریار منصورزاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehran Shahbazi
مهران شهبازی خرزوقی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Determining the Added Mass Coefficients of an Autonomous Underwater Vehicle using Boundary Element Method
In this project, a boundary element method was used to extract added mass coefficients of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV). Dynamic Motion of underwater vehicle was analyzed by precise mathematical models known as dynamic models. Dynamic models include all forces and moments on the vehicle which are expressed by dynamic and hydrodynamic coefficients. Added mass coefficients are an important part of hydrodynamic coefficients. The role of added mass coefficients is estimating the forces on the body when accelerated. Added mass actually refers to a hypothetical volume of fluid particles accelerated with the body. The added mass appears during the body acceleration inside a fluid, and during changes in the depth and direction of the motion. Accurate prediction of added mass coefficients can lead to a more precise dynamic modeling of an underwater vehicle during its maneuvers. There are a number of experimental, analytical and semi-experimental and numerical methods which can be used to calculate added mass coefficients of submersible vehicles. The experimental method includes accelerating the body in a towing tank and measuring the force associated with the acceleration. The numerical method includes using computational fluid dynamics and boundary element method. In this project, by assuming potential flow around the vehicle and simplifying the equations to Laplace equation, to resolve it, boundary elements method was used and at the end, the added mass of the float was calculated. The advantages of this method are solving the infinite boundary, storing information without requiring much space, calculating the derivatives of the functions and analyzing complex geometries, high-speed computing, etc. Using triangular elements was the advantage of the present project as compared to other projects in this area. Triangular elements increased the accuracy in the production and analysis of complex geometry. By sphere and Ellipsoidal geometries, we tried to solve the two sample problems. After comparison and validation of the results of numerical method with those of the analytical solution, we analyzed the original geometry (AUV) designed by the Zirdarya science and technology institute of Isfahan University of Technology, and compared these results with those of other methods. Among the key findings of this project, we can refer to its very good accuracy in the analysis of geometry of spherical and elliptical in comparison with analytical solution and also the ability of boundary element method in analyzing complex geometries such as AUV or submarine. Keywords: boundary element, autonomous underwater vehicle, numerical solution, hydrodynamic analysis, added mass, AUV
در پروژه حاضر قصد داریم تا با استفاده از روش المان مرزی [1] به تحلیل هیدرودینامیکی جریان اطراف یک شناور زیر سطحی خودکار [2] پرداخته و با استفاده از آن مقادیر جرم افزوده آن را استخراج کنیم. دینامیک حرکت شناورهای زیر سطحی توسط مدل های ریاضی دقیقی موسوم به مدل های دینامیکی تحلیل می شود. مدل دینامیکی شامل تمامی نیروها و گشتاور های دینامیکی وارد بر شناور است که به صورت ضرایب هیدرودینامیکی بیان می شود. ضرایب جرم افزوده بخش مهمی از این ضرایب هیدرودینامیکی را شامل می شود که نقش آن ارائه رفتار دینامیکی شناور در حرکت شتابدار می باشد. جرم افزوده در واقع به مقدار جرمی از سیال اطلاق می شود که به علت شتاب گرفتن جسم درون سیال همراه با وسیله حرکت می کند. این حالت معمولا علاوه بر زمان شتاب گیری با توقف در مانورهای تغییر عمق و جهت نیز رخ می دهد و عدم پیش بینی ضرایب جرم افزوده مرتبط با آن منجر به ناکارآمدی مدل دینامیکی در کنترل هوشمند شناور و در نتیجه عدم مانور پذیری آن خواهد شد. تا کنون روش های زیادی برای تعیین جرم افزوده شناورهای زیرسطحی ارائه شده است که از آنها می توان به روش های تجربی با استفاده از حوضچه های کشش، روش تقریبی نظریه نواری، روش های عددی غیر پتانسیل با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و روش های عددی پتانسیل با استفاده از المان مرزی اشاره نمود، که در پروژه حاضر با فرض جریان پتانسیل اطراف شناور و ساده کردن معادلات حاکم به معادله لاپلاس برای پتانسیل سرعت از روش المان مرزی برای حل آن و در نهایت محاسبه جرم افزوده شناور استفاده شده است. از جمله مزیت های این روش می توان به توان حل مسائل با مرز نامتناهی، عدم نیاز به فضای زیاد برای ذخیره سازی اطلاعات، توانایی در محاسبه مشتقات توابع میدان، سرعت بالا در محاسبات، قابلیت تحلیل هندسه های پیچیده و... اشاره کرد. همچنین یکی دیگر از مزیت های پروژه حاضر که نوآوری در مقایسه با دیگر پروژهش ها دراین حوزه می باشد، استفاده از المانهای مثلثی می باشد که باعث افزایش دقت در تولید و تحلیل هندسه های پیچیده می شود. مراحل کلی انجام کار در این پروژه به این صورت می باشد که پس از بیان مفاهیم تئوری و پایه برای تحلیل مسائل دوبعدی و سه بعدی به حل دو مسئله نمونه با هندسه های کره و بیضی گون می پردازیم و پس از مقایسه و اعتبار سنجی روش عددی مورد استفاده با نتایج حل تحلیلی، هندسه اصلی یعنی AUV طراحی شده توسط پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیر دریا دانشگاه صنعتی اصفهان را مورد تحلیل قرار داده و نتایج آن را با نتایج دیگر روش های تقریبی مقایسه می کنیم. از جمله یافته های مهم این پروژه می توان به دقت بسیار مناسب در تحلیل هندسه های کره و بیضی گون در مقایسه با حل های تحلیلی و همچنین توانایی روش مورد استفاده برای تحلیل هندسه های پیچیده تر نظیر AUV یا زیر دریایی اشاره کرد. کلمات کلیدی: المان مرزی، شناور زیر سطحی خودکار، حل عددی، تحلیل هیدرودینامیکی، جرم افزوده، AUV

ارتقاء امنیت وب با وف بومی