Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата
Дослідження, розробка і створення систем орієнтації, навігації та керування автономними безпілотними підводними апаратами (АБПА) — складна і трудомістка задача морської робототехніки. Для створення таких систем потрібні знання та розуміння умов функціонування апарата та його конструкції, а також реа...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы управления и информатики |
|---|---|
| Дата: | 2022 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/210916 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата / С.О. Гуриненко // Проблеми керування та інформатики. — 2022. — № 6. — С. 5–13. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860183258506985472 |
|---|---|
| author | Гуриненко, С.О. |
| author_facet | Гуриненко, С.О. |
| citation_txt | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата / С.О. Гуриненко // Проблеми керування та інформатики. — 2022. — № 6. — С. 5–13. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы управления и информатики |
| description | Дослідження, розробка і створення систем орієнтації, навігації та керування автономними безпілотними підводними апаратами (АБПА) — складна і трудомістка задача морської робототехніки. Для створення таких систем потрібні знання та розуміння умов функціонування апарата та його конструкції, а також реакції конструкції апарата на зовнішні чинники. Для виявлення та урахування всіх факторів необхідно знати геометричні та гідродинамічні характеристики апарата. Мета дослідження — обґрунтувати вибір торпедоподібної форми АБПА, що відноситься до класу мініапаратів масою від 20 до 100 кг, проаналізувати вплив торпедоподібної конструкції АБПА на характеристики обтікання та визначити його гідродинамічні коефіцієнти при різних швидкостях руху та кутах нахилу (диференту).
Research, Development, and Creation of Orientation, Navigation, and Control Systems for Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) represent a complex and labor-intensive task in marine robotics. The development of such systems requires knowledge and understanding of the operational conditions and design of the vehicle, as well as its structural response to external factors. To identify and account for all factors, it is essential to determine the geometric and hydrodynamic characteristics of the vehicle. The aim of the study is to justify the selection of a torpedo-like shape for an AUV belonging to the class of mini-vehicles weighing between 20 and 100 kg, to analyze the impact of the torpedo-like design on flow characteristics, and to determine its hydrodynamic coefficients at various speeds and angles of inclination (trim).
|
| first_indexed | 2026-03-20T12:16:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
© С.О. ГУРИНЕНКО, 2022
Міжнародний науково-технічний журнал
Проблеми керування та інформатики, 2022, № 6 5
ПРОБЛЕМИ ДИНАМІКИ КЕРОВАНИХ СИСТЕМ
УДК 629.127+629.7.02+533.69
С.О. Гуриненко
МОДЕЛЮВАННЯ, CFD-РОЗРАХУНОК ТА
ОЦІНКА ГІДРОДИНАМІЧНИХ КОЕФІЦІЄНТІВ
АВТОНОМНОГО БЕЗПІЛОТНОГО
ПІДВОДНОГО АПАРАТА
Гуриненко Станіслав Олегович
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут
імені Ігоря Сікорського», https://orcid.org/0000-0003-0180-3107,
stas_gurynenko@ukr.net
Дослідження, розробка і створення систем орієнтації, навігації та керу-
вання автономними безпілотними підводними апаратами (АБПА) —
складна і трудомістка задача морської робототехніки. Для створення
таких систем потрібні знання та розуміння умов функціонування апа-
рата та його конструкції, а також реакції конструкції апарата на зовні-
шні чинники. Для виявлення та урахування всіх факторів необхідно
знати геометричні та гідродинамічні характеристики апарата. Мета до-
слідження — обґрунтувати вибір торпедоподібної форми АБПА, що
відноситься до класу мініапаратів масою від 20 до 100 кг, проаналізу-
вати вплив торпедоподібної конструкції АБПА на характеристики об-
тікання та визначити його гідродинамічні коефіцієнти при різних шви-
дкостях руху та кутах нахилу (диференту). Підготовка і моделювання
конструкції та гідродинамічний аналіз АБПА виконувалися в програм-
них пакетах «Solidworks» та «ANSYS Workbench» (пакет «Fluen» від-
повідно). Дослідження проводилися в імітованому водному прісному
просторі. В результаті розрахунків отримано значення сил, які вини-
кають при різних швидкостях та кутах нахилу. На основі отриманих
значень сил вирахувано значення гідродинамічних коефіцієнтів, які
було зведено до таблиць, та побудовано відповідні графіки. Обґрунто-
вано вибір торпедоподібної форми АБПА. Визначено сили та гідроди-
намічні коефіцієнти під час руху апарата, які необхідно використову-
вати при дослідженні та розробці системи автоматичного керування.
При різних швидкостях та кутах нахилу гідродинамічні коефіцієнти
мають кореляцію один із одним, що дає змогу їх усереднити і апрокси-
мувати до певної залежності, якою можна користуватися у подальших
дослідженнях.
Ключові слова: автономний безпілотний підводний апарат, чисельне
комп’ютерне моделювання, чисельне дослідження, обчислювальна гід-
родинаміка, гідродинамічні коефіцієнти.
6 ISSN 2786-6491
Вступ
У галузі систем автоматичного керування рухомими об’єктами сучасна наука
та техніка досягли суттєвого прогресу для створення безпілотних комплексів, тобто
таких комплексів, які керуються програмно та без участі людини-оператора. Особливе
місце у проєктуванні, розробці, створені та використанні безпілотних комплексів
займає дослідження автономних безпілотних підводних апаратів (АБПА) [1].
Концепція системи керування АБПА може бути різною за своїм функціоналом
та принципом дії [2]. Із розвитком мікроелектромеханічних систем (МЕМС) найбільш
поширеною стає розробка систем керування на базі МЕМС-технологій [2, 3]. Однак
перш ніж проєктувати, розробляти та створювати систему керування АБПА,
необхідно визначити умови функціонування та конструкцію АБПА [1–4].
Коли умови функціонування апарата відомі та визначені, постає необхідність
визначення та обґрунтування конструкції АБПА. Таку задачу вирішують двома
способами [4].
1. Створення масштабованого макета, який досліджується у спеціальному
басейні.
2. Розробка комп’ютерної моделі у масштабі 1×1 з подальшим дослідженням
у спеціалізованих комп’ютерних програмах інженерного розрахунку.
У дослідженнях [4–8] показано доцільність та ефективність способу 2.
Так, у роботі [4] представлено моделювання чотирьох варіантів конструкції
АБПА при простому прямолінійному русі. На основі отриманих результатів авто-
ри роботи [4] обрали дві конструкції для проведення більш детальних досліджень.
У даній роботі досліджується одна обрана конструкція АБПА, модель 4, яка, за
попереднім аналізом, є найбільш стабільною при прямолінійному русі та має дос-
татню маневреність для здійснення складного руху [4].
Постановка задачі
Побудова системи автоматичного керування АБПА на основі МЕМС-дат-
чиків потребує аналізу рівнянь динаміки, до складу яких входять масові та гідроди-
намічні коефіцієнти. Масові коефіцієнти визначаються із геометрії та конструкції
об’єкта з урахуванням додаткового обладнання. Більш складна ситуація стосуєть-
ся визначення гідродинамічних коефіцієнтів — вони визначаються натурним екс-
периментом на масштабній моделі, а з розвитком комп’ютерної обчислювальної
техніки такі розрахунки і дослідження можна проводити чисельно.
Чисельним моделюванням можна визначити гідродинамічні сили, які вини-
кають під час руху об’єкта, і обчислити коефіцієнти сили супротиву та підіймаль-
ної сили АБПА торпедоподібної форми класу мініапаратів масою від 20 до 100 кг
в залежності від швидкості руху та кута нахилу апарата [1, 6]. Значення швидкості
та кутів нахилу наведені у табл. 1.
Таблиця 1
Швидкість руху, м/с
2 5 10 15
Кут нахилу, град
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Коефіцієнти сил супротиву та підіймальної сили визначаються за такими за-
лежностями:
2 2
2 2
, ,d l
d l
F F
C C
SV SV
де Cd — коефіцієнт сили супротиву, Fd — сила супротиву, Cl — коефіцієнт підій-
мальної сили, Fl — підіймальна сила, ρ — густина середовища, S — міделева
площа, V — швидкість руху.
Міжнародний науково-технічний журнал
Проблеми керування та інформатики, 2022, № 6 7
Об’єкт дослідження
Об’єктом дослідження обрано модель 4 [6]. Дана модель із урахуванням осо-
бливостей дещо змінена та модифікована. Ескізне креслення моделі зображено на
рис. 1.
A
A
A–A (1:2)
Рис. 1
Даний тип апарата відноситься до класу мініапаратів, а за конструктивною
схемою — до конструкцій торпедоподібної форми із симетричними рульовими
поверхнями [1, 6]. Моделювання конструкції апарата проводилося у CAD-системі
Solidworks фірми Dassault Systems, а чисельне дослідження та імітаційне моделю-
вання — у CAE-системі ANSYS Workbench пакета ANSYS (Fluent, ANSYS CFD)
фірми ANSYS [4–13]. Тривимірну ізометричну модель із зазначенням центра ва-
ги, який збігається з центром тиску, наведено на рис. 2.
lz
lx
ly
Рис. 2
Основні масові та фізичні характеристики наведено на рис. 3.
Така конфігурація об’єкта дає змогу стабільно триматися заданого курсу при
прямолінійному русі та маневрувати при відпрацюванні траєкторії складного ру-
ху, наприклад синусоїди чи меандру [14].
8 ISSN 2786-6491
Рис. 3
Основні етапи побудови та експорту моделі до програмного пакета розрахун-
ку гідродинамічних коефіцієнтів наведено у роботі [4].
Комп’ютерне моделювання та дослідження
Комп’ютерне моделювання та дослідження виконувалися в програмному се-
редовищі ANSYS Fluid Flow (Fluent), яке розділяє моделювання на такі етапи.
Geometry — створення моделі об’єкта дослідження. Також Geometry дозво-
ляє імпортувати до ANSYS моделі, які розроблено у сторонніх САПР та збереже-
но у нейтральному форматі.
На цьому етапі до програмного середовища імпортується повномасштабна
попередньо створена модель у програмному пакеті Solidworks (див. рис. 1 та 2)
і створюється комп’ютеризоване представлення зв’язаної із об’єктом області по-
току (розрахункова область), наприклад прямокутна область розміром 7 × 3 ×3 м,
що забезпечує достатній простір для динамічного потоку рідини.
Meshing — розбиття моделі на скінчену кількість елементів, тобто створення
розрахункової сітки [12, 13]. На етапі створення сітки визначаються елементи, які
будуть моделюватись, — границі площини, об’єкт, вхідна і вихідна площини по-
току та розміри сітки.
Розміром сітки визначається, наскільки добре виконується гідродинамічний
аналіз і наскільки складним є обчислення. Таким чином, для проведення чисель-
ного розрахунку створено тривимірну скінчену модель апарата із прямокутною
розрахунковою областю довжиною 7 м, шириною 3 м та висотою 3 м (рис. 4).
Загальна характеристика скінчених елементів така: вузлів — 545 419, тетраед-
рів — 3 201 581, чого достатньо для отримання результатів із точністю ±35 %
відносно натурних експериментів і врахування отриманих значень у рівняннях
руху для дослідження та моделювання системи автоматичного керування із засто-
суванням МЕМС. Для отримання більш точних результатів необхідно збільшува-
ти число скінчених елементів, що призводить до збільшення часу розрахунку та
вимагає більших ресурсів обчислювальної техніки.
Міжнародний науково-технічний журнал
Проблеми керування та інформатики, 2022, № 6 9
Рис. 4
Setup — задання таких параметрів для моделювання, як середовище, граничні
умови, модель турбулентності, кількість розрахункових кроків і час розрахунку.
Задання середовища та граничних умов описано у роботі [6].
Моделювання та чисельне дослідження проводилися в імітованому просторі
прісної води. Параметри середовища наведено у табл. 2.
Таблиця 2
Температура, К Густина, кг/м3 Динамічна в’язкість, Пас
288,15 999,1026 1,14010
– 3
Для розрахунків поле течії та тиск води, що оточує тіло АБПА, були визна-
чені на основі моделювання руху рідини за допомогою нестисливих, сотермічних
рівнянь RANS (Reynolds-averaged Navier–Stokes — усереднені рівняння Нав’є–
Стокса за Рейнольдсом) [12, 13]. Ці рівняння використовуються в більшості до-
сліджень через те, що вони забезпечують кращу порівняно з теорією потенційного
потоку обробку ефектів в’язкості. Рівняння містять стандартний розв’язок усеред-
неного по ансамблю, стаціонарного та тривимірного рівняння Нав’є–Стокса, що
характеризує такі властивості потоку, як швидкість, тиск, температура та густина.
У даному випадку, щоб уможливити замикання системи рівнянь RANS за допо-
могою ANSYS Fluent, обрано модель турбулентності SST (Shear Stress Transport)
k – ω, де k та ω позначають кінетичну енергію турбулентності та швидкість в’язкої
дисипації відповідно. Ця модель допомагає передбачити, як турбулентність і потік
поводяться навколо корпуса, та її вибір для цілей проєкту був виправданим, оскі-
льки це широко використовувана модель турбулентності для інженерного моде-
лювання, яка є надійною, може застосовуватися до різних потоків і дозволяє мо-
делювати безвідривні турбулентні течії, течії з розвиненими турбулентними від-
ривами та течії в пристінковому граничному шарі [4, 7–13].
Solution — етап, поєднаний з етапом Setup, у якому безпосередньо відбува-
ється розрахунок виконанням команди «CFD-Solver Manager».
Result — перегляд результатів, отриманих при моделюванні, створенні графі-
чних відображень результатів і перегляді статистичних даних, які можна опрацю-
вати або імпортувати.
Результати комп’ютерного моделювання
Розрахунок гідродинамічних коефіцієнтів проводився за наведеними вище
залежностями для чотирьох значень швидкості та десяти значень кута нахилу (ку-
та атаки, або диференту). Для оцінки характеристики потоку необхідно знати чис-
ло Рейнольдса, а також, оскільки розглядаються водний та підводний простори,
число Фруда [15].
У табл. 3 наведено числа Рейнольдса та Фруда в залежності від швидкості
руху, при якій досліджувався апарат.
Таблиця 3
Швидкість руху, м/с
2 5 10 15
Re 2 103 374 5 258 435 10 516 870 15 775 304
Fr 0,34 2,1237 8,495 19,11
10 ISSN 2786-6491
Результати сил, що виникають під час руху з різною швидкістю і залежать
від кута диференту (атаки), та відповідно гідродинамічні коефіцієнти наведено
у табл. 4–7.
Таблиця 4
, град xF yF xC yC
0 25,6639 – 0,249834 0,0353815 – 0,000344434
5 26,9076 43,5864 0,0372378 0,0603198
10 38,2705 74,7545 0,0535754 0,10465
15 52,2785 123,064 0,0746161 0,175648
20 67,9854 115,704 0,0997432 0,169752
25 99,0695 162,671 0,150701 0,24745
30 114,502 172,979 0,182279 0,275369
35 157,206 195,894 0,26458 0,329694
40 178,417 211,753 0,321096 0,381091
45 210,134 206,169 0,378177 0,371042
Таблиця 5
, град xF yF xC yC
0 155,6 3,9242 0,0343228 0,000865613
5 172,953 344,931 0,0382962 0,0763768
10 233,624 528,214 0,0523286 0,118313
15 301,428 708,833 0,0688355 0,161873
20 449,467 852,716 0,105508 0,200167
25 600,449 932,76 0,146141 0,227022
30 769,152 1116,72 0,195909 0,284436
35 886,277 1133,95 0,238659 0,305353
40 1130,29 1236,84 0,325468 0,356149
45 1304,68 1290,41 0,406999 0,402548
Таблиця 6
, град xF yF xC yC
0 351,512 – 28,6307 0,0190692 – 0,00155319
5 467,642 1249,36 0,0254661 0,0680355
10 742,251 2000,18 0,0408877 0,110182
15 1146,9 2272,18 0,0644134 0,127612
20 1576,51 3001,78 0,0910133 0,173295
25 2140,47 3568,37 0,128123 0,213593
30 2774,28 4054,01 0,173785 0,25395
35 3455,7 4450,64 0,228857 0,294748
40 4195,36 4745,44 0,297105 0,33606
45 5786,84 5909,22 0,443966 0,453355
Таблиця 7
, град xF yF xC yC
0 774,07 – 28,2096 0,0186634 – 0,000680156
5 963,673 2953,14 0,0233236 0,0714743
10 1659,28 4634,45 0,0406237 0,113464
15 2553,99 5303,9 0,0637508 0,132392
20 3547,09 6748,1 0,0910117 0,173144
25 4775,33 7984,13 0,127039 0,212404
30 6223,15 9134,52 0,173257 0,254312
35 7737,72 9992,62 0,227751 0,294121
40 9398,93 10 649 0,295825 0,335171
45 11039,5 11 009 0,376421 0,375381
Зведемо отримані результати в графіки. Графіки залежності гідродинамічних
коефіцієнтів від кута диференту показано на рис. 5 (залежність коефіцієнта сили
супротиву від кута диференту), рис. 6 (залежність коефіцієнта підіймальної сили
від кута диференту) і рис. 7 (полярна залежність коефіцієнта сили супротиву від
коефіцієнта підіймальної сили).
Міжнародний науково-технічний журнал
Проблеми керування та інформатики, 2022, № 6 11
0 15 25 35 45
Кут атаки, град
V = 2 м/с
V = 5 м/с
V = 10 м/с
V = 15 м/с
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
К
о
еф
іц
іє
н
т
л
о
б
о
в
о
го
о
п
о
р
у
Рис. 5
0 15 25 35 45
Кут атаки, град
V = 2 м/с
V = 5 м/с
V = 10 м/с
V = 15 м/с
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
– 0,1
К
о
еф
іц
іє
н
т
п
ід
й
о
м
у
Рис. 6
12 ISSN 2786-6491
– 0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Коефіцієнт підйому
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
V = 2 м/с
V = 5 м/с
V = 10 м/с
V = 15 м/с
К
о
еф
іц
іє
н
т
л
о
б
о
в
о
го
о
п
о
р
у
Рис. 7
Висновок
У даному дослідженні модифіковано та досліджено модель АБПА, яка
найбільш вдало продемонструвала свої властивості при простому прямоліній-
ному русі [4].
За допомогою спеціалізованого обчислювального програмного комплексу
проведено чисельне моделювання та дослідження гідродинамічних характеристик
АБПА. Обчислено залежність коефіцієнтів сили супротиву і підіймальної сили від
швидкості руху та від кута диференту (атаки). На основі проведеного дослідження
та отриманих результатів зроблено такі висновки.
1. Запропонована модель є модифікацією та доробкою раніше досліджуваної
моделі, яку наведено у роботі [4]. Дана модель має кращі гідродинамічні власти-
вості та більшу стабільність при русі, обумовлені видовженою кормовою части-
ною корпуса апарата.
2. Пораховано гідродинамічні сили, які діють на рульові поверхні стабіліза-
торів в залежності від різних швидкостей та різних кутів нахилу.
3. На основі отриманих значень сил обчислено коефіцієнти сили супротиву та
підіймальної сили. Аналіз значень отриманих коефіцієнтів показує високу кореляцію
значень коефіцієнтів при різних швидкостях на одних і тих самих кутах нахилу.
4. Кореляція значень коефіцієнтів свідчить про те, що обрана конструктивна
схема об’єкта має сталі значення, і їх можна використовувати при подальшому
дослідженні рівнянь руху АБПА та досліджені системи автоматичного керування,
орієнтації та навігації з застосуванням МЕМС технологій.
S. Gurynenko
SIMULATION, CFD CALCULATION AND
ESTIMATION OF HYDRODYNAMICS
COEFFICIENTS OF AN AUTONOMOUS
UNMANNED UNDERWATER VEHICLE
Stanislav Gurynenko
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»,
https://orcid.org/0000-0003-0180-3107,
stas_gurynenko@ukr.net
Research, development and creation of systems for orientation, naviga-
tion and control of autonomous unmanned underwater vehicles (AUUV)
is a complex and time-consuming task in the field of marine robotics. The
creation of such systems requires knowledge and understanding of the opera-
ting conditions of the device and its design, as well as how the design of the
device reacts to external factors. To identify and take into account all fac-
tors, it is necessary to know the geometric and hydrodynamic characteristics
of the device. To justify the choice of the torpedo-shaped form of the AUUV,
which belongs to the class of mini-apparatus weighing from 20 to 100 kg,
Міжнародний науково-технічний журнал
Проблеми керування та інформатики, 2022, № 6 13
and to analyze the influence of the torpedo-shaped design of the AUUV
on the flow characteristics and to determine its hydrodynamic coefficients
at different speeds and at different angles of inclination (trim). Preparation
and modeling of the structure and hydrodynamic analysis of the AUUV were
carried out in the software packages «Solidworks» and «ANSYS Workbench»
package «Fluen», respectively. The research was conducted in a simulated
fresh water space. As a result of the calculations, the values of the forces
that arise at different speeds and at different angles of inclination were ob-
tained. Based on the obtained force values, the values of the hydrodynamic
coefficients were calculated, which were tabulated and corresponding
graphs were constructed. The choice of a torpedo-shaped form of AUUV is
justified. The forces and hydrodynamic coefficients that arise during the
movement of the apparatus and which must be used during the research and
development of the automatic control system are determined. At different
speeds and different angles of inclination, the hydrodynamic coefficients are
correlated with each other, which makes it possible to average and ap-
proximate them to a certain dependence and use this dependence in fur-
ther research.
Keywords: autonomous unmanned underwater vehicle (AUUV), numerical
computer simulation, numerical research, computational fluid dynamics
(CFD), hydrodynamic coefficients.
ПОСИЛАННЯ
1. Bouraou N.I., Yatsko L.L., Rasulov M.D., Bobrik V.S. Review of the state of modern autono-
mous unmanned underwater vehicles. Bull. Eng. Academy Ukraine. 2017. № 4. Р. 12–17.
2. Гуриненко С.О. Організація систем керування сучасних безпілотних підводних апаратів.
Матеріали Всеукр. XIV наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених «По-
гляд у майбутнє приладобудування», 18–19 трав. 2021 р. Київ : «Політехніка» КПІ ім. Ігоря
Сікорського, 2021. С. 34–37.
3. Гуриненко С.О., Бурау Н.І. Система автоматичного керування автономним безпілотним
підводним апаратом на основі мікроелектромеханічних систем. Матеріали XIV міжнар.
наук.-практ. конф. «Інтегровані інтелектуальні робототехнічні комплекси (ІІРТК-2021)»,
18–19 трав. 2021 р. Київ : НАУ, 2021. С. 19–21.
4. SOLIDWORKS Flow Simulation. https://www.solidworks.com/ru/product/solidworks-flow-
simulation.
5. ANSYS Fluid Flow. https://www.ansys.com/products/fluids.
6. Bouraou N.I., Velychko S.M., Gurynenko S.O. Dynamics simulation of autonomous unmanned
underwater vehicle in simple motion. KPI Science News. 2021. N 3. Р. 64–73. DOI:
10.20535/kpisn.2021.3.243586.
7. Safari F., Rafeeyan M., Danesh M. Estimation of hydrodynamic coefficients and simplification of
the depth model of an AUV using CFD and sensitivity analysis. Ocean Engineering. 2022.
Vol. 263. 112369. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.112369.
8. Joung T.-H., Sammut K., He F., Lee S.-K. Shape optimization of an autonomous underwater
vehicle with a ducted propeller using computational fluid dynamics analysis. International
Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2012. Vol. 4, N 1. Р. 44–56.
9. Wang C., Zhang F., Schaefer D. Dynamic modeling of an autonomous underwater
vehicle. Journal of Marine Science and Technology. 2015. Vol. 20, N 2. Р. 199–212.
10. Wang W.H., Chen X.Q., Marburg A., Chase J.G., Hann C.E. A low-cost unmanned
underwater vehicle prototype for shallow water tasks. IEEE/ASME International Conference
on Mechatronic and Embedded Systems and Applications, Institute of Electrical and
Electronics Engineers (IEEE). (October 12–15, 2008, Beijing). 2008. P. 204–209. DOI:
10.1109/MESA.2008.4735649.
11. Zhang H.X., Pan Y.C. Application CFD to compare submarine hull forms. Journal of Ship
Mechanics. 2006. Vol. 10, N 4. P. 1–8.
12. ANSYS. https://www.ansys.com/.
13. ANSYS Meshing. https://simutechgroup.com/why-is-meshing-important-for-fea-fluid-simulations/.
14. Ageev M.D., Kasatkin B.A., Kiseliov L.V., Molokov Yu.G., Nikiforov V.V., Rylov N.I.
Unmanned free submersibles. L. : Sudostroenie, 1981. 224 p.
15. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. М. : Наука, 1974. 350 с.
Отримано 13.02.2023
Доопрацьовано 17.02.2023
https://doi.org/10.1109/MESA.2008.4735649
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-210916 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0572-2691 |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-20T12:16:37Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гуриненко, С.О. 2025-12-20T21:18:33Z 2022 Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата / С.О. Гуриненко // Проблеми керування та інформатики. — 2022. — № 6. — С. 5–13. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/210916 629.127+629.7.02+533.69 10.34229/2786-6505-2022-6-1 Дослідження, розробка і створення систем орієнтації, навігації та керування автономними безпілотними підводними апаратами (АБПА) — складна і трудомістка задача морської робототехніки. Для створення таких систем потрібні знання та розуміння умов функціонування апарата та його конструкції, а також реакції конструкції апарата на зовнішні чинники. Для виявлення та урахування всіх факторів необхідно знати геометричні та гідродинамічні характеристики апарата. Мета дослідження — обґрунтувати вибір торпедоподібної форми АБПА, що відноситься до класу мініапаратів масою від 20 до 100 кг, проаналізувати вплив торпедоподібної конструкції АБПА на характеристики обтікання та визначити його гідродинамічні коефіцієнти при різних швидкостях руху та кутах нахилу (диференту). Research, Development, and Creation of Orientation, Navigation, and Control Systems for Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) represent a complex and labor-intensive task in marine robotics. The development of such systems requires knowledge and understanding of the operational conditions and design of the vehicle, as well as its structural response to external factors. To identify and account for all factors, it is essential to determine the geometric and hydrodynamic characteristics of the vehicle. The aim of the study is to justify the selection of a torpedo-like shape for an AUV belonging to the class of mini-vehicles weighing between 20 and 100 kg, to analyze the impact of the torpedo-like design on flow characteristics, and to determine its hydrodynamic coefficients at various speeds and angles of inclination (trim). en Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Проблемы управления и информатики Проблеми динаміки керованих систем Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата Simulation, CFD calculation and estimation of hydrodynamicscoefficients of an autonomous unmanned underwater vehicle Article published earlier |
| spellingShingle | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата Гуриненко, С.О. Проблеми динаміки керованих систем |
| title | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата |
| title_alt | Simulation, CFD calculation and estimation of hydrodynamicscoefficients of an autonomous unmanned underwater vehicle |
| title_full | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата |
| title_fullStr | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата |
| title_full_unstemmed | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата |
| title_short | Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата |
| title_sort | моделювання, cfd-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата |
| topic | Проблеми динаміки керованих систем |
| topic_facet | Проблеми динаміки керованих систем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/210916 |
| work_keys_str_mv | AT gurinenkoso modelûvannâcfdrozrahunoktaocínkagídrodinamíčnihkoefícíêntívavtonomnogobezpílotnogopídvodnogoaparata AT gurinenkoso simulationcfdcalculationandestimationofhydrodynamicscoefficientsofanautonomousunmannedunderwatervehicle |