پایداری دینامیکی رول ربات خودکار زیرآبی با فرم بدنه شبه ماهی

Abstract

ربات خودکار زیرآبی طراحی و ساخته شده با فرم بدنه نوین شبه‌ماهی برای هدف بازرسی خطوط لوله و کابل زیردریا مورد ارزیابی هیدرودینامیکی قرار گرفته است. افزایش پایداری دینامیکی ربات های بازرس زیرآبی علاوه بر کاهش مصرف انرژی به دلیل افزایش قابلیت حفظ مسیر حرکت ربات، موجب تسهیل در کنترل رفتار دینامیکی آن در محیط پراغتشاش اعماق دریا با توجه به وجود جریان‌های دریایی می‌شود. انحراف از مسیر اصلی به علت ناپایداری دینامیکی زاویه‌ای حول محور طولی یا رول، یک پدیده نامطلوب دینامیکی برای ربات‌های زیرآبی است. پس از بیان معادلات حرکت حاکم بر وسیله، گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر بدنه از طرف جریان سیال آب با مدلسازی عددی در دینامیک سیالات محاسباتی استخراج شده‌است. ربات به عنوان جسم صلب و جریان اطراف آن به صورت پایا و تراکم‌ناپذیر فرض شده‌است. با بیان ارتباط خطی بین گشتاور هیدرودینامیکی و سرعت زاویه‌ای جریان، ضریب هیدرودینامیکی خطی بازدارنده یا میرایی مورد نیاز محاسبه شده‌‌است. به کمک ضریب هیدرودینامیکی بازدارنده استخراج شده، پایداری دینامیکی ربات حول محور طولی مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. برای اطمینان از صحت نتایج، یافته‌های پژوهش حاضر با داده‌های آزمایشگاهی بدنه متقارن محوری متعلق به دپارتمان هیدرودینامیک کشتی مرکز تحقیقات دیوید تیلور مقایسه شده‌است؛ یافته‌های عددی تطابق خوبی را با آزمایش نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که پایداری دینامیکی رول برای ربات با فرم بدنه پیشنهادی با مقطع مثلثی در این مقاله 10 برابر بیشتر از ربات‌های با فرم بدنه‌ رایج متقارن محوری با مقطع دایروی است.