تحلیل فرم بدنه یک سی‌گلایدر با استفاده از شبیه‌سازی عددی و آزمایش مدل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد معماری کشتی، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)

2 استادیار دانشکدۀ فرماندهی و ناوبری کشتی دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)، نوشهر

3 دانشکده مکانیک ،دانشگاه علوم دریایی امام خمینی(ره)،نوشهر

چکیده

امروزه از شناورهای خاص برای پایش شرایط محیطی زیر آب، بستر دریاها و اقیانوس­ها استفاده می­ شود. این نوع شناورها به شکل­ های مختلف طراحی و استفاده می­شود. یکی از انواع شناورها، شناور سی­گلایدر است. فرم بدنة سی­گلایدرها مبتنی بر الزامات عملیاتی و شرایط محیطی متفاوت است؛ طراحی آن­ها طوری است که به دلیل نبود سیستم رانش پروانه­ ای مصرف انرژی بسیار کمی دارند؛ ازاین‌رو در مدت زمان طولانی می­ توانند مأموریت خود در زیر آب­ها را انجام دهند. اغلب طراحی این گلایدرها طوری است که از یک سامانه شناوری، بالک‌های ثابت، اجرام متحرک داخلی، پمپ بالاست و یک سکان (بال هدایت) تشکیل شده است؛ بنابراین کنترل حرکتی رو به پایین و رو به بالا در این گلایدرها با تحرک اجرام داخلی­اش به سمت جلو و عقب و حرکت عمودی­اش (تغییر ارتفاع و عمق) از تغییر شناوری از منفی به مثبت و بالعکس صورت می­گیرد. آنالیز عددی این گلایدرها به منظور درک بیشتر از کنترل حرکت و قابلیت مانور آن‌ها بسیار کاربردی و مهم است. در این مقاله به بررسی ضریب لیفت و درگ یک سی‌گلایدر، در زوایای حمله  مختلف که بالک­ های ثابت در آن نقش اصلی را ایفا می­کنند، پرداخته شده است. مطالعۀ این ضرایب و تغییرات آن­ها که از اصلی‌ترین پارامترهای هیدرودینامیکی هستند،  تأثیر بسزایی در نحوۀ بهبود عملکرد حرکتی و مانور گلایدرها دارند. گلایدر موردمطالعه در این مقاله سی‌گلایدر است که شیوة عملکرد آن در زیر آب، با مدل هندسی در نرم‌افزار کتیا، مدل استاتیکی و آنالیز عددی در نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام شد و درنهایت نتایج حاصل‌شده با آزمایش مدل در حوضچه کشش اعتبارسنجی شد. تحلیل‌ها در زوایای مختلف انجام شده است که در زاویه صفر درجه، حداکثر نقطۀ فشار یا نقطه سکون در نوک دماغۀ جلوی شناور 30/2 پاسکال است. کمترین فشار و حداکثر سرعت سیال در محل اتصال بالک­ ها به بدنه و انحنای آن اتفاق می‌افتد.  میزان خطای نتایج عددی در مقایسه با نتایج تجربی حدود 30 درصد است که نسبت به مطالعات مشابه منطقی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of the Body Shape of a Sea Glider using Numerical Simulation and Model Testing

نویسندگان [English]

  • Seyyed Ruhollah Mirbagheri 1
  • Hossein Khanzadi 2
  • karim Akbari vakilabadi 3
1 Imam Khomeini naval university, Noshahr, Iran
2 Imam Khomeini naval university, Noshahr, Iran
3 Imam Khomeini naval university, Noshahr,Iran
چکیده [English]

Today Special vessels are used to monitor the underwater environmental conditions and the bed of the seas and oceans. Such vessels are designed and used in different ways. One of these types of vessels is the sea-glider. The body shape of sea-gliders varies based on operating requirements and environmental conditions. They are designed to have very low energy consumption due to the lack of a propeller propulsion system, so they can perform their mission underwater for a long time. These gliders are usually designed to have a floating system, fixed wings, internal moving objects, a ballast pump and a rudder. Therefore, the downward and upward movement of these gliders is controlled by the movement of its internal objects back and forth and its vertical movement (height and depth change) is controlled from floating change from negative to positive and vice versa. Numerical analysis of these gliders is very practical and important in order to better understand the motion control and maneuverability. This paper examines the lift and drag coefficient of a sea-glider at different angles of attack in which fixed blocks play a major role. The study of these coefficients and their changes, which are the main hydrodynamic parameters, have a great impact on how to improve the motor performance and maneuverability of gliders. The glider studied in this paper is Sea-glider, which underwater performance, geometric model in Katia software, static model and numerical analysis in Ansys- Fluent software is done and finally the obtained results are validated with testing results of the model in the towing tank. The analyzes were performed at different angles. At zero-degree angle, the maximum pressure point or stagnation point at the tip of the nose in front of the sea-glider is 2.30 Pascal. The lowest pressure and maximum fluid velocity occur at the junction of the wings to the body and its curvature. The error rate of numerical results compared to experimental results is about 30%, which is reasonable compared to similar studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sea-glider
  • Lift coefficient
  • Drag coefficient
  • Towing tank
  • Floating system

مراجع

[1] Eriksen CC, Osse TJ, Light RD, Wen T, Lehman TW, Sabin PL, et al. Seaglider: A long-range autonomous underwater vehicle for oceanographic research. IEEE Journal of oceanic Engineering. 2001;26(4):424-36.
[2] Sherman J, Davis RE, Owens W, Valdes J. The autonomous underwater glider" Spray". IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2001;26(4):437-46.
[3] Davis RE. Preliminary results from directly measuring middepth circulation in the tropical and South Pacific. Journal of Geophysical Research: Oceans. 1998;103(C11):24619-39.
[4] Davis RE, Eriksen CC, Jones CP. Autonomous buoyancy-driven underwater gliders. The technology and applications of autonomous underwater vehicles. 2002:37-58.
[5] Bracken L, Dinicola D, Kastler J, Beresford S. Technological Advances in Ocean Sciences Resulting from the Deepwater Horizon Oil Spill. Research Resulting from the 2010 Deepwater Horizon Oil Spill. 2019:33.
[6] Techy L, Tomokiyo R, Quenzer J, Beauchamp T, Morgansen K. Full-scale wind tunnel study of the seaglider underwater glider.  Technical report: University of Washington, Aeronautics & Astronautics; 2010.
[7] Tyagi A, Sen D. Calculation of transverse hydrodynamic coefficients using computational fluid dynamic approach. Ocean Engineering. 2006;33(5-6):798-809.
[8] Rhie C, Chow WL. Numerical study of the turbulent flow past an airfoil with trailing edge separation. AIAA journal. 1983;21(11):1525-32.
[9] Wilson-Haffenden S, Renilson M, Ranmuthugala D, Dawson E, editors. An investigation into the wave making resistance of a submarine travelling below the free surface. International Maritime Conference 2010: Maritime Industry-Challenges, Opportunities and Imperatives, 27-29 January 2010, Sydney, Australia; 2010: Engineers Australia.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار