Моделювання та аналіз складного руху автономного безпілотного підводного апарата

С.О. Гуриненко, аспірант, Н.І. Бурау, д-р техн. наук, В.О. Суржок
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»
Київ, Україна, 03056, Київ-56, просп. Берестейський 37
e-mail:Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Èlektron. model. 2023, 45(3):81-91

https://doi.org/10.15407/emodel.45.03.081

АНОТАЦІЯ

Забезпечення автономності, маневреності та організація керування рухом за складними траєкторіями маневрового багатоцільового автономного безпілотного підводного апара­та (АБПА) складна науково-дослідна та інженерна задача, для вирішення якої необхідно знати поводження апарата у середовищі та вплив середовища на динаміку апарата. От­римано епюри розподілу швидкості, тиску та кінетичної енергії турбулентності при виконанні складного руху АБПА у відповідності до обраних траєкторій. Проведено іміта­ційне та чисельне моделювання АБПА за складного руху. Виконано порівняння отри­маних результатів із результатами прямолінійного руху, яке засвідчило, що конструкція моделі АБПА є прийнятною як для прямолінійного руху, так і для руху за складними траєкторіями. Порівняльний аналіз отриманих значень швидкості, тиску та кінетичної енергії турбулентності свідчить про здатність розробленої моделі апарата до швидких маневрів в обмежених зонах (розворот, обхід перешкод, тощо). Обрана та спроектована модель АБПА придатна для подальших досліджень при розробленні автоматичної сис­теми керування маневреним АБПА багатоцільового призначення.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

автономний безпілотний підводний апарат, комп’ютерне моделювання, чисельне дослідження, обчислювальна гідродинаміка, складна динаміка, програмні траєкторії.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Aras M.S.M., Zhe K.L., Aripin M.K., et al Design analysis and modeling of autonomous under water vehicle (AUV) using CAD. Indian J. Geo-Marine Sci., 2019, V 48, pp. 1081―1090.
2. Бурау, Н.І., Величко, С.М., & Гуриненко, С.О. Mоделювання динаміки автономного безпілотного підводного апарата за простого руху.KPI Science News, 2021, (3), с. 64― Doi: 10.20535/kpisn.2021.3.243586.
3. Wang J., Wu Z.X., Dong H.J., Tan M. & Yu J.Z., “Development and control of underwater gliding robots: A review”, IEEE/CAA J. Autom. Sinica, Vol. 9, no. 9, pp. 1543―1560, Sept. 2022. Doi: 10.1109/JAS.2022.105671.
4. Бурау Н.І., Яцко Л.Л., Расулов М.Д.,&Бобрик В.С. Oгляд стану сучасних автономних безпілотних підводних апаратів, Вісник Інженерної Академії Наук України, 2017, (4), с. 12―17.
5. Гуриненко С.О. Організація систем керування сучасних безпілотних підводних апаратів: тези доп. На XIV Всеукр.Наук.-практ. Конф. Студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування», Київ, 2021, с. 34—37.
6. A. Wahed & M.R. Arshad, “Modelling oftorpedo-shaped microautonomous under water vehicle,” in 10th Int. Conf. Robotics,Vision, Signal Processing Power Applications, Singa­pore, 2019, pp. 457―463. Doi: 10.1007/978-981-13-6447-1_58.
7. Alam, K., Ray, T., & Anavatti, S.G. (2015). Design optimization of an unmanned underwater vehicle using low-and high-fidelity models. IEEE Transactionson Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 47(11), 2794―
8. Du X., Wang H., Hao C. & Li X. (2014). Analysis of hydrodynamic characteristics of unmanned underwater vehicle moving close to the sea bottom. Defence Technology, 10(1), 76―Doi:10.1016/j.dt.2014.01.007.
9. Lombard, M. (2013). Solid Works 2013 bible. John Wiley & Sons.
10. Bhat S. & Stenius I., “Hydrobatics: a review of trends, challenges and opportunities for efficient and agile under actuated AUVs”, 2018 IEEE/OES Autonomous Underwater Vehicle Workshop (AUV), 1― Doi: 10.1109/AUV.2018.8729805.
11. Bhat S., Stenius I. & Miao T., “Real-time flight simulation of hydrobatic AUVs over the full 0⁰―360⁰ envelope”, IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 46, No. 4, 2021, 1114― Doi: 10.1109/JOE.2021.3076178.
12. ANSYS Fluid Flow Available: https://www.ansys.com/products/fluids.
13. Суржок В.О. “Metodyka modeliuvannya skladnogo ruhu obiektu v seredpovyschi ANSYSFLUENT”, Efektyvnist ta avtomatyzaciya ingenernyh rishen u pryladobuduvanni: praci XVIII Vseukrainskoi naukovo-praktychnoi konferencii studentiv, aspirantiv ta molo­dyh uchenyh, Kyiv, 2022, pp. 34―36.
14. ANSYS Fluent UDF Manual, Available: http://www.pmt.usp.br/academic/martoran/notasmodelosgrad/ANSYS%20Fluent%20UDF%pdf
15. Агеев, М.Д. (1981). Автоматические подводные аппараты. Л: Судостроение, 224 с.
16. Сивухин, Д.В. (1974). Общий курс физики. Том I. Механика. M: Наука, 350 с.
17. Safari F., RafeeyanM. & DaneshM. (2022). Estimation of hydrodynamic coefficients and simplification of the depth model of an AUV using CFD and sensitivity analysis. Ocean Engineering, 263, 112369. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.112369.
18. Гуриненко, С.О. (2023). Моделювання, CFD-розрахунок та оцінка гідродинамічних коефіцієнтів автономного безпілотного підводного апарата. International Scientific Technical Journal “Problems of Control and Informatics”, 67(6), 5―13. https://doi.org/10.34229/1028-0979-2022-6-1.

Повний текст: PDF