بررسی عددی حساسیت ضرایب دینامیکی و جرم افزوده یک زیرسطحی هوشمند به دامنه و بسامد تحریک

ضرایب و مشتقات هیدرودینامکی یک زیرسطحی پارامترهای خیلی مهمی هستند که کنترل پذیری و مانور آن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. معمولاً از روش کشش مستقیم و حرکت اجباری هیو و پیچ خالص برای استخراج ضرایب و مشتقات استفاده می‌شود. در این مقاله به روش دینامیک سیالات محاسباتی با رویکرد حجم کنترل و با استفاده از نرم‌افزار تجاری فلوئنت، جریان اطراف یک زیرسطحی شبیهسازی شده است. ابتدا شبیه‌سازی برای حالت کشش مستقیم صورت گرفته تا با مقایسه نتایج با داده‌های آزمایشگاهی نوع شبکه و مدل آشفتگی مناسب انتخاب شود. برای شبیه‌سازی حرکت اجباری هیو و پیچ خالص، یک برنامه udf نوشته شده که مدل را با دامنه و بسامد مشخص نوسان می‌دهد. خروجی نرم‌افزار تغییرات ضرایب با زمان است که به وسیله یک برنامه مطلب به ضرایب دینامیکی تبدیل میشود. نتایج نشان می‌دهد که ضریبz_w ̇^’ با تغییر دامنه و بسامد نوسان مدل تقریباً ثابت است ولی ضرایب z_w^’ ، m_w^’ و m_w ̇^’ با تغییر بسامد و دامنه تا میزان 35درصد تغییر می‌کنند. نتایج حاصل تمامی ضرایب حرکت پیچ با افزایش دامنه و بسامد نوسانات مدل از خود افزایش نشان دادند. کمترین افزایش مربوط به ضریب m_q ̇^’ است با کمتر از 8 درصد تغییرات در مقدار مطلق خود. مابقی ضرایب تا حدود 80 درصد نیز تغییرات از خود نشان دادند.

Numerical investigation of sensitivity of AUV dynamic coefficients and added mass to variations in amplitude and frequency of excitation

The hydrodynamic coefficients and derivatives of a AUV are very important parameters that affect its control and maneuverability. Usually, a straightline towing test method and forced heave and pitch motion are used to derive coefficients. In this paper, we used the CFD method with the control volume approach and commercial Fluent software, the flow is simulated around a subsurface. First, simulation was performed for straightline towing test to by comparing the results with experimental results, to selected the grid type and suitable turbulent model. To simulate forced heave and pitch motion, a udf program is written that oscillates the model with specific amplitudes and frequencies. Software output is the timecoefficients varying that is converted to dynamic coefficients by a Matlab program. The results show that the Z_W ̇^’ coefficient is approximately constant with variation of amplitude and oscillation frequency of the model but the Z_W^’, M_W^’ and M_W ̇^’ coefficients change with frequency and amplitude to 35%. The results show all coefficients of pitch motion increased with increasing amplitude and frequency of model oscillation that the lowest increase is related to the M_q ̇^’ coefficient with less than 8% variation in its absolute value. The remaining coefficients showed up to 80%.