محاسبه عددی و تحلیلی گشتاور مانک در جریان لزج برای یک زیردریایی هوشمند در وضعیت سووی خالص درآزمایش Pmm

گشتاور مانک یک گشتاور ناپایدارکننده در ترکیب حرکات سرج و سووی شناور است. دراین مقاله گشتاورمانک برای بدنه یک زیردریایی هوشمند با استفاده ازدینامیک سیالات محاسباتی وروش حجم محدود محاسبه شده است. بعلاوه ضرایب هیدرودینامیکی جرم اضافه برای محاسبه گشتاور مانک با استفاده از رابطه تحلیلی در جریان پتانسیل محاسبه گردیده است. ضرایب دمپینگ نیز در شبیه سازی عددی محاسبه گردیده اند. شبیه‌سازی جریان حقیقی اطراف شناور در حرکات سرج و سووی خالص به صورت عددی و در حالت غیردائم انجام شده است. بعلاوه اثرات آشفتگی با مدل kω sst در مدلسازی عددی لحاظ گردیده است. برای استخراج نیرو و گشتاور، از مکانیزم حرکت صفحه ای pmm در وضعیت سووی خالص استفاده شده است. در شبکه بندی دامنه محاسباتی مساله برای ایجاد حرکت شناور از تکنیک شبکه همپوشان( overset) استفاده شده است. همچنین برای بررسی دقت شبیه سازی، استقلال از شبکه صورت گرفته است. پس از استخراج نیرو و گشتاور، معادلات چند جمله ای مرتبه ششم آنها بر حسب سرعت و شتاب حرکت سووی درونیابی گردیده است. با استفاده از معادلات بدست آمده و تعریف هر ضریب، مقادیر ضرایب هیدرودینامیکی جرم اضافه و دمپینگ مرتبه دوم بمنظور معتبرسازی استخراج گردیدند. نتایج بدست آمده برای ضرایب هیدرودینامیکی تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی داشتند. در نهایت، مقایسه‌ای بین گشتاور بدست آمده در شبیه سازی عددی و فرمول تحلیلی گشتاور مانک مقادیر انجام گردیده است. بعلاوه مقدار n_v ̇ (مشتق گشتاورحول محور z نسبت به شتاب حرکت عرضی) با استفاده از تئوری پتانسیل محاسبه و با مقدار عددی و آزمایشگاهی مقایسه گردیده است.

Numerical and Analytical Calculation of Munk Moment in Real Flow for an Autonomous Submarine in Pure Sway Motion in PMM Test

The Munk moment may make the vessel unstable in simultaneous Surge and Sway motions. In this paper the munk moment was calculated by computational fluid dynamics (CFD) and finite volume method (FVM) for an autonomous submarine. Furthermore the added mass coefficients were calculated for computation of munk moment using analytical formulation in potential flow. The damping coefficients were also calculated. The unstedy state numerical simulation of real flow for surge and sway motions has been performed. The turbulent effects were considered by using kω sst turbulence model. Using Planar Motion Mechanism (PMM) in pure sway situation, the forces and moments were calculated. The overset mesh was used for grid generation in computational domain. The mesh independency has been also prerformed. Using sixth order polynomial interpolation for forces and moments of numerical simulation, the hydrodynamic coefficients were calculated. The results showed good agreement with experimental data. Finally, the munk moment of numerical simulation and analytical formulation have been compared. Furthormore N_v ̇ was calculated based on potential theory and also compared with numerical and experimental ones.