On underwater glider’s stability in balancing mode of motion
Abstract
This study defines hydrodynamic characteristics of underwater gliders based upon numeric solution of Reynolds-averaged Navier—Stokes equation. Methodological aspects of determination of coefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and moments of underwater objects based on mechanism of «sliding computation meshes» implemented in many computing software packages of mechanics of fluids are examined. The paper identifies the main stages of development of the calculation model for solving similar tasks. The non-stationary calculation of the flow of viscous fluid past the underwater object resulted in determination of velocity and pressure fields in the stream. Ratios have been obtained which allows determine the coefficients of rotary derivatives of hydrodynamic forces and moments based on the preset values of hydrodynamic impacts. A mathematical model of glider's motion is designed. Glider's motion parameters dependences on effect of alternating excessive buoyancy are presented. Based on analysis of rootes of linearized system's characteristic equation the glider's stability zones in balancing mode of motion are determined under varying values of excessive buoyancy, metacentric height and excessive buoyancy arm.
About the Authors
A. L. Sukhorukov
Central Design Bureau for Marine Engineering «Rubin»
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
M. A. Titov
Central Design Bureau for Marine Engineering «Rubin»
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
References
1. Eriksen C. C., Osse T. J., Light R. D., Wen T., Lehman T. W., Sabin P. L., Ballard J. W., Ghiodi A. M. Seaglider: A long range autonomous underwater vehicle for oceanographic research // IEEE J. Oceanic Engin. 2001. V. 26, Issue 4. P. 424—436.
2. Rudnick D. L., Davis R. E., Eriksen C. C., Fratantoni D. M., Perry M. J. Underwater gliders for ocean research // Marine Technology Society Journal. 2004. V. 38, N. 1. P. 48—59.
3. D’Spain G. L., Zimmerman R., Jenkins S. A., Luby J. C., Brodsky P. Underwater acoustic measurements with a flying wing glider // J. Acoust. Soc. Am. 2007. V. 121, N. 5, Pt. 2. P. 3107.
4. Wood Stephen L. Autonomous underwater gliders // Underwater vehicles. 2008. Florida Institute of Technology. P. 505—529.
5. Пинегин А. Н. О планировании под действием знакопеременной избыточной плавучести как способе движения подводных лодок и аппаратов // Юбилейный научно-технический отчет ЦКБ МТ «Рубин». СПб., 2011, C. 49—60.
6. Кожемякин И. В., Рождественский К. В., Рыжов В. А., Смольников А. В., Татаренко Е. И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра (часть 1) // Морской вестник. 2013. № 1(45). С. 113—117.
7. Кожемякин И. В., Рождественский К. В., Рыжов В. А., Смольников А. В., Татаренко Е. И. Подводные глайдеры: вчера, сегодня, завтра (часть 2) // Морской вестник. 2013. № 2(46). С. 98—101.
8. Виноградов Н. И., Крейндель С. А., Лев И. Г., Нисневич М. З. Привязные подводные системы. Аэрогидродинамические характеристики при установившемся движении. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 304 с.
9. Сухоруков А. Л., Титов М. А. Об использовании эффекта планирования для движения подводных аппаратов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4. С. 88—101.
10. Рождественский В. В. Динамика подводной лодки. Т. 1. Л.: Судостроение, 1970. 352 с.
11. Пантов Е. Н., Махин Н. Н., Шереметов Б. Б. Основы теории движения подводных аппаратов. Л.: Судостроение, 1973. 216 с.
12. Федяевский К. К. Избранные труды. Л.: Судостроение, 1975. 440 с.
13. Федяевский К. К., Соболев Г. В. Управляемость корабля. Л.: Судпромгиз, 1963. 376 с.
14. Фирсов Г. А. Управляемость корабля. Л.: Изд-во ВМИУ им. Ф. Э. Дзержинского, 1954. 176 с.
15. Гурьев Ю. В., Ткаченко И. В. Компьютерные технологии в корабельной гидродинамике. Монография. СПб.: Изд-во ВУНЦ ВМФ «ВМА», 2010. 326 с.
16. Сухоруков А. Л., Каверинский А. Ю. Опыт использования программного комплекса «Star-CD» при решении некоторых практических задач гидродинамики подводной лодки // Сборник трудов третьей конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM, М., 2002. С. 119—126.
17. Сухоруков А. Л. Использование вычислительных программных комплексов для определения гидродинамических характеристик подводных лодок // Межотраслевая научно-практическая конференция ВОКОР-2006, 1 ЦНИИ МО РФ, Труды конференции, СПб., 2006. С. 45—54.
18. Bellevre D., Diaz de Tuesta A., Perdon P. Submarine manoeurability assessment using Computational Fluid Dynamic tools // Twenty-Third Symposium on Naval Hydrodynamics, France, 2001.
19. Ray A., Singh S. N., Seshadri V. Evaluation of linear and nonlinear hydrodynamic coefficients of underwater vehicles using CFD // Proc. 28th ASME Conf. On Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Honolulu, Hawaii, USA, 2009.
20. Vaz G., Toxopeus S., Holmes S. Calculation of manoeuvring forces on submarines using two viscous-flow solvers // Proc. 29th ASME Conf. On Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Shanghai, China, 2010.
21. Остославский И. В. Аэродинамика самолета. М.: Оборонгиз, 1957. 562 с.
22. Остославский И. В., Стражева И. В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1965. 468 с.
Review
For citations:
Sukhorukov A.L., Titov M.A. On underwater glider’s stability in balancing mode of motion. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(3):66-79. (In Russ.)
Views:
93
Email this article 