Tính toán mô phӓng thӫ\ÿӝng lӵc hӑc CFD- Computational Fluid Dynamics cho AUV trong các trҥng thái tàu di chuyӇn WURQJQѭӟc, tӯ kӃt quҧ mô phӓng xây dӵng các biӇXÿӗ lӵc và mô men do dòng
Tәng quan tình hình nghiên cӭu cӫa AUV
%DQÿҫu, hҫu hӃt nghiên cӭXWURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc ӣ thӃ kӍ ÿӅu thӵc hiӋn bҵng viӋc thҧ OѭӟLÿӇ thu thұp mүXVDXÿyQJKLrQFӭXYjSKkQWtFK'Rÿy thӵc hiӋn lҩy mүXWKѭӡng mҩt nhiӅu thӡi gian và kӃt quҧ lҩy mүu không thӇ ÿҥt ÿѭӧc chҩWOѭӧng tӕt do mүXÿѭӧc lҩy mӝt cách ngүu nhiên, không có chӑn lӑc KLÿyêWѭӣng thiӃt kӃ các thiӃt bӏ ÿѭӧc chӃ tҥo dӵa trên nguyên tҳFFyQJѭӡi ÿLӅu khiӇn ӣ ErQWURQJ0DQQHG8QGHUZDWHU6XEPHUVLEOHUDÿӡL1ăP nhӡ nhӳng nә lӵc trong nghiên cӭu cӫD2WLV%DUWRQYj:LOOLDP%HHEHÿmJL~S FRQQJѭӡi có thӇ lһn xuӕng tӟLÿӝ VkXKѫQPÿӇ khҧRViWÿҥi GѭѫQJ>@ Tuy nhiên, các vҩQÿӅ vӅ DQWRjQFKRQJѭӡLÿLӅu khiӇQFNJQJQKѭ\rXFҫu tӕLѭX hóa khҧ QăQJYjWKӡi gian hoҥWÿӝQJÿmGүQÿӃQêWѭӣng nghiên cӭu, phát triӇn nhӳng thiӃt bӏ lһQNK{QJQJѭӡi lái bên trong (Unmanned Submersible) Vào khoҧng 2 thұp niên cuӕi thӃ kӍ XX, sӵ phát triӇn nhanh chóng cӫDFiFSKѭѫQJ tiӋQGѭӟLQѭӟFNK{QJQJѭӡLOiLQKѭ5295HPRWHO\2SHUDWHG9HKLFOH$89
$XWRQRPRXV XQGHUZDWHU YHKLFOH ÿm PDQJ Oҥi nhӳng thành tӵu quan trӑng trong công cuӝc nghiên cӭu biӇQYjÿҥLGѭѫQJ3KkQORҥLSKѭѫQJWLӋn tӵ hành GѭӟLQѭӟFÿѭӧc chia thành hai loҥLOjÿLӅu khiӇQFyFyGk\7HWKHUHGYjÿLӅu khiӇQNK{QJGk\8QWHWKHUHG7URQJÿySKә biӃn nhҩt cho các loҥi di chuyӇn có dây là ROV (Remotely Operated Vehicle) ROV là thiӃt bӏ cҫn ít nhҩt mӝt
LuС£ЛÂ Trang 4 ngѭӡLÿӇ ÿLӅu khiӇQÿѭӧFÿLӅu khiӇn và cung cҩSQăQJOѭӧng tӯ WUXQJWkPÿLӅu khiӇn (trên bӡ, trên tàu mҽ) thông qua cáp dүQ7tQKÿӃQQD\529ÿmWKӵc sӵ phát huy vai trò thiӃt yӃu cӫa mình trong hҫu hӃt các nhiӋm vө Gѭӟi biӇn mà WUѭӟFÿk\ÿѭӧFÿҧm nhiӋPÿһc biӋWOjWURQJOƭQKYӵc quân sӵ và dҫu khí Tuy nhiên, nhӳng hҥn chӃ cӫD529QKѭSKҥm vi hoҥWÿӝng bӏ giӟi hҥn bӣi các yӃu tӕ vӅ nguӗQÿLӋn và truyӅn thông, chiӅXGjLGk\FiSNƭQăQJYjVӭc khӓe cӫa QJѭӡi vұQKjQKôÿmWK~Fÿҭ\ờWѭӣng nghiờn cӭu thiӃt bӏ tӵ KjQKNK{QJQJѭӡi OiLÿLӇn hình là AUV AUV là mӝt loҥLSKѭѫQJWLӋn tӵ hành, có phҥm vi hoҥt ÿӝng rӝng tùy thuӝFWKHRGXQJOѭӧng pin, khҧ QăQJKRҥWÿӝng linh hoҥWÿiQJ tin cұ\YjWKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөng cho các công viӋFQKѭNKҧo sát lұp bҧQÿӗ khu vӵc, ÿRÿҥc lҩy mүXP{LWUѭӡQJJLiPViWFiFÿѭӡng ӕng dүn dҫXô0ӝt sӕ thiӃt bӏ AUV hiӋn có trên thӏ WUѭӡQJÿѭӧc thӇ hiӋQQKѭFiFKuQKErQGѭӟi:
Hình 1.2 AUV Remus 6000 cͯa Woods Hole Oceanographic Institution
B̫ng 1 1 Thông s͙ NƭWKX̵t cͯa AUV Remus 6000
Thông sӕ NƭWKXұt Ĉѭӡng kính 0.71 m
KhӕLOѭӧng tәng 862 kg
1ăQJOѭӧng Sӱ dөng bӝ sҥc Li-ion 12kWh, thӡi gian sҥc là 8h Thӡi gian hoҥWÿӝng Thӡi gian thӵc hiӋQÿLӇn hình là 22h
(Ngu͛n: https://www2.whoi.edu/site/osl/vehicles/remus-6000/)
Hình 1.3 AUV Autosub6000 B̫ng 1 2 Thông s͙ NƭWKX̵t cͯa Autosub 6000
Thông sӕ NƭWKXұt Ĉѭӡng kính 0.9 m
KhӕLOѭӧng tәng 2000 kg
1ăQJOѭӧng Thӡi gian sҥc là 7h
Thӡi gian hoҥWÿӝng 70h
Hình 1.4 Slocum Glider G3 B̫ng 1 3 Thông s͙ NƭWKX̵t Slocum Glider G3
Thông sӕ NƭWKXұt Ĉѭӡng kính 0.22 m
KhӕLOѭӧng tәng 55 - 70 kg Ĉӝ sâu 4-150 m
1ăQJOѭӧng Alkaline (A) / Rechargeable (Li) / Lithium (L) Phҥm vi hoҥWÿӝng 350-1200km/ 700-3000km/ 3000-13000km
(Nguӗn: http://www.teledynemarine.com/slocum- glider?ProductLineID)
Mӝt sӕ nghiên cӭu vӅ $89ÿmÿѭӧc công bӕ trên thӃ giӟi hiӋQQj\QKѭ
Sӱ dөng mô phӓng máy tính (CSM) cho thiӃt kӃ hӋ thӕQJSKDRWKD\ÿәi (VBS) ÿӇ hoҥWÿӝng lһn nәi cӫD$89V$8*Vÿѭӧc kiӇm soát hiӋu quҧ và mô hình mô phӓQJÿѭӧc xây dӵQJWURQJP{LWUѭӡng tích hӧp, kiӃn trúc mô-ÿXQYj cө thӇ phҥm vi áp dөng Tӯ ÿy&60ÿӇ thiӃt kӃ 9%6ÿѭӧc tích hӧp trong quy trình thiӃt kӃ tәng thӇ cӫa AUVs / AUGs [2]; Trình bày thiӃt kӃ FѫNKtFKRPӝt AUV loҥi nhӓ gӑi là Maya tuân theo bӝ nguyên tҳF[iFÿӏnh mӝt loҥt các thông sӕ kӻ thuұWQKѭFyWtQKQăQJDQWRjQWUӑQJOѭӧng thҩSÿӝ dài nhӓ, thӡi gian thӵc hiӋn nhiӋm vө lӟn, dӉ sӱ dөng, ӭng dөng cө thӇ và quan trӑng nhҩt là chi phí thҩp [3]; Trình bày thiӃt kӃÿLӅu khiӇn và triӇn khai nӅn tҧQJSKѭѫQJWLӋn tӵ hành GѭӟLQѭӟc (AUV) mӟLÿѭӧc thiӃt kӃ nKѭPӝt quҧ QJѭO{LYӟLNtFKWKѭӟc nhӓ và nhҽ$89ÿѭӧc thiӃt kӃ di chuyӇn ngang bҵQJÿӝQJFѫÿҭy có lҳp chân vӏt, có thӇ ÿLӅu khiӇQJyFÿӝ PNJLWjXYjFKX\ӇQÿӝQJÿӝ WKD\ÿәi sâu bҵng mӝt bӝ dӏch chuyӇn khӕLOѭӧng bên trong [4] Nghiên cӭu các yӃu tӕ ҧQKKѭӣQJÿӃn phҥm vi hoҥWÿӝng cӫa AUV kiӇu chuyӇQÿӝQJOѭӟt MӝWP{KuQK$89ÿѭӧc phát thҧRÿӇ ÿiQKJLiFiF\Ӄu tӕ ҧQKKѭӣng cӫa sӭc nәLÿӃn phҥm vi hoҥWÿӝng 4XDÿyiSGөQJP{KuQKQj\ÿӇ phác thҧo khái niӋm vӅ AUV tҫm xa có khҧ QăQJGLFKX\ӇQOrQÿӃn 5000 km [5]
Bӏ bӓ lҥi khá xa so vӟi thӃ giӟi trong công cuӝc chҥ\ÿXDQJKLrQFӭu thiӃt bӏ tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc Trong nhӳQJQăPWUӣ lҥLÿk\F{QJQJKӋ $89ÿDQJEҳt ÿҫu nhұQÿѭӧc sӵ chú ý và phә biӃQKѫQFӫa giӟi nghiên cӭXWURQJQѭӟc Nhӳng nghiên cӭu, chӃ tҥo robot lһQGѭӟLQѭӟc ӭng dөng trong quân sӵ ÿDQJEҳWÿҫu ÿѭӧFQKjQѭӟFTXDQWkPÿһc biӋt HiӋn nay, AUV ӣ ViӋW1DPFKѭDFyQKLӅu kӃt quҧ, các nghiên cӭu hҫu hӃt tұp trung ӣ thiӃt bӏ lһQFyGk\529YjWѭѫQJ ÿӕLWK{VѫVRYӟi thӃ giӟi Mӝt trong nhӳng nghiên cӭu tiêu biӇu cho tàu lһn tӵ KjQKOjÿӅ WjLÿӝc lұp theo nghӏ ÿӏQKWKѭKӧp tác quӕc tӃ ³1JKLrQFӭu thiӃt kӃ, chӃ tҥo thiӃt bӏ robot ngҫm phөc vө WKăPGzNKҧo sát các công trình trên biӇQ´ do Hӑc viӋn Hҧi quân chӫ WUu>@Ĉk\OjÿӅ tài nghiên cӭu vӅ robot ngҫm có dây ROV, thӵc hiӋn các chӭFQăQJGLFKX\ӇQÿѫQJLҧQQKѭWLӃn lùi, rӁ trái, phҧi
LuС£ЛÂ Trang 7 và tҫm di chuyӇn tӕLÿDOjP7ѭѫQJWӵ mӝWÿӅ tài khác có tên là VAST06 ³1JKLrQFӭu, thiӃt kӃ, chӃ tҥo thӱ nghiӋm mӝt mô hình thiӃt bӏ lһQÿLӅu khiӇn tӯ xa phөc vө công viӋc khҧo sát biӇQ´ÿѭӧc thӵc bӣi ViӋQFѫKӑc và mӝt nhóm tác giҧ ÿmQJKLrQFӭu, thiӃt kӃ, chӃ tҥo thiӃt bӏ lһQÿLӅu khiӇn tӯ xa thuӝc nhóm ROV quan trҳc Mô hình kӃt cҩu dҥng mӣ có thӇ dӉ dàng tích hӧp thêm các tính QăQJNKiF>@ Nhìn chung hҫXQKѭcác nghiên cӭu ӣ WURQJQѭӟc hiӋn nay tұp trung chӫ yӃu ӣ mҧQJURERWÿLӅu khiӇn có dây ROV Tuy nhiên, vӟi nhӳng hҥn chӃ QKѭWUX\Ӆn thông, phҥm vi hoҥWÿӝng hҽp và yêu cҫXQJѭӡi vұQKjQKÿѭӧc ÿjRWҥo bài bҧQôWKuYLӋc nghiờn cӭu và chӃ tҥo robot lһn khụng dõy AUV là hӃt sӭc cҫn thiӃt, vӟi nhӳQJѭXÿLӇm nәi bұWQKѭNK{QJFҫQQJѭӡLÿLӅu khiӇn, phҥm vi hoҥWÿӝng rӝng lӟn, di chuyӇn linh hoҥWYjFѫÿӝng, thì AUV hӭa hҽn là mӝt công cө tiӅPQăQJFKRYLӋc khai thác ngҫPWURQJWѭѫQJODL
Khi các nghiên cӭu và chӃ tҥo thiӃt bӏ lһn tӵ KjQKÿDQJQJj\FjQJÿѭӧc ÿҭy mҥnh thì nhӳng công cө phҫn mӅPÿӇ hӛ trӧ cho viӋc phân tích lý thuyӃt, xây dӵng nӅn tҧng cho các thí nghiӋm thӵc tӃ FNJQJÿѭӧc phát triӇn mҥnh mӁ, WURQJÿyFy WKӇ kӇ ÿӃn các phҫn mӅm mô phӓng CFD (Computational Fluid '\QDPLFVĈѭӧc phát triӇn tӯ rҩt sӟm và ӭng dөng rӝng rãi trong OƭQKYӵc thӫy- NKtÿӝng hӑc, các ӭng dөng cӫD&)'ÿѭӧc dùng trong các ngành khoa hӑc công nghӋ FDRFKRÿӃn các ngành khoa hӑc phөc vө dân sinh Nhӡ sӵ ѭXYLӋt cӫa công cө Pi\WtQKPjSKѭѫQJSKiSP{SKӓng CFD mang lҥi các dӳ liӋu có tính tin cұy cao, tӯ ÿk\WҥRFѫVӣ cho viӋc thӵc nghiӋm thӵc tӃ giúp giҧm thiӇu chi SKtÿҫXWѭGRWUiQKÿѭӧc sӕ lҫn thӵc nghiӋm nhiӅu lҫn Và tӯ ÿyOұp ra mӝt quy trình nghiên cӭX FKXQJ ÿL Wӯ thiӃt kӃ, rӗi mô phӓng sӕ và cuӕi cùng là thӱ nghiӋm 7URQJOƭQKYӵc hàng hҧi nói chung và tàu lһn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc nói ULrQJSKѭѫQJSKiS&)'ÿѭӧc áp dөng trong viӋc xây dӵQJFiFWUѭӡng dòng chҧy, tính toán phân bӕ áp lӵFWiFÿӝQJOrQSKѭѫQJWLӋn ngұp hoàn toàn trong Qѭӟc Tӯ ÿyWtQKWRiQÿѭӧc các hӋ sӕ thӫ\ÿӝng và các lӵc cҧn trӣ tҥi nhӳng thӡLÿLӇm tàu chuyӇQÿӝQJPjQJѭӡi thiӃt kӃ quan tâm Vì vұy, cách tiӃp cұn
&)'ÿӇ dӵ ÿRiQFiFWK{QJVӕ ÿӝng hӑFÿDQJÿѭӧc áp dөng rӝng rãi, tuy thiӃu thӵc nghiӋm kiӇm chӭQJQKѭQJSKѭѫQJSKiS&)'OjPӝt công cө tiӅPQăQJ rҩt lӟn cho viӋFѭӟc tính các thông sӕ cӫa $89QyLULrQJYjFiFSKѭѫQJWLӋn GѭӟLQѭӟc nói chung Mӝt sӕ nghiên cӭu vӅ ҧQKKѭӣng cӫDGzQJOѭXFKҩt tác
LuС£ЛÂ Trang 8 ÿӝng lên tàu lһn tӵ ÿѭӧc thӇ hiӋQQKѭPhҫn mӅP&)'ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ mô phӓng các chuyӇQÿӝQJÿmÿѭӧc thiӃWOkSWUѭӟc cӫDWjXVDXÿyNӃt hӧp vӟi thӵc nghiӋPÿӇ ÿiQKJLiYj[k\Gӵng bӝ thông sӕ thӫ\ÿӝng lӵc hӑc cho AUV [8]
Mô phӓng CFD vӟi cách tiӃp cұQSKѭѫQJSKiS5$16WURQJÿyVӱ dөng mô hình rӕi k-Ȧ667FyKӋ sӕ Reynold thҩSÿӇ thӵc hiӋn mô phӓng AUV di chuyӇn vӟi góc tҩQWKD\ÿәi (angle of attack) trong dòng chҩt lӓng, tӯ ÿyѭӟc tính bӝ thông sӕ thӫ\ÿӝng lӵc hӑFFKRSKѭѫQJWLӋn [9] Nghiên cӭu sӱ dөQJSKѭѫQJSKiS&)'ÿӇ mô phӓQJWiFÿӝng dòng lên thân tàu kӃt hӧp vӟLSKѭѫQJSKiS phân tích bán thӵc nghiӋPÿӇ ÿѭDUDFiFÿiQKJLiGӵ ÿRiQKLӋu suҩWÿӝng hӑc cӫDSKѭѫQJWLӋQYjÿѭDUDFiF\rXFҫXWURQJJLDLÿRҥn thiӃt kӃ [10].
Lý do chӑQÿӅ tài
NhҵPKѭӟng tӟi nhӳQJÿӅ tài mӟi mҿ và có nhӳng ӭng dөng quan trӑng, FNJQJQKѭWӯQJEѭӟc tiӃp cұn vӟi công nghӋ mӟi cӫa thӃ giӟLĈӗng thӡi, có thӇ tӵ nghiên cӭu, chӃ tҥo nhӳng thiӃt bӏ lһn tӵ KjQKNK{QJQJѭӡi lái nói chung và AUV nói riêng phөc cho các mөFÿtFKSKiWWULӇn kinh tӃ và quân sӵ, khҳc phөc nhӳng hҥn chӃ vӅ khai thác tài nguyên biӇn ӣ QѭӟFWD+ѫQQӳa, viӋc nghiên cӭu sҧn xuҩt thiӃt bӏ Qj\WURQJQѭӟc sӁ WăQJÿѭӧc tính chӫ ÿӝng trong viӋc sҧn xuҩt hàng loҥt giúp giҧm chi phí khi phҧi nhұp khҭu các thiӃt bӏ ÿҳWÿӓ tӯ Qѭӟc ngoài HiӋn nay ӣ ViӋt Nam, AUV là mҧng nghiên cӭu rҩt mӟi và không có nhiӅu tài liӋu tham khҧRQrQÿӅ WjLQj\ÿѭDUDQKӳng tiӅQÿӅ nKѭPӝt nӅn tҧng thӱ nghiӋm cho các nghiên cӭu vӅ SKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc ӣ ViӋt Nam
Vì vұy tôi quyӃWÿӏnh thӵc hiӋQÿӅ WjL³1JKLrQFӭu thiӃt kӃ và chӃ tҥo tàu lһn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc loҥi nhӓ´QKҵm nghiên cӭu thiӃt kӃ và chӃ tҥo mӝt AUV có thӇ thӵc hiӋn các công viӋc khҧRViWYjÿRÿҥc lҩy mүXGѭӟLQѭӟc.
MөFWLrXÿӅ tài
Vӟi mөc tiêu thiӃt kӃ AUV thӵc hiӋn các công viӋc khҧRViWÿRÿҥc và WKăPGzGѭӟLQѭӟc ӣ ÿӝ sâu lӟn nhҩWOjPpWĈӗng thӡL$89ÿѭӧc thiӃt kӃ có khҧ QăQJKRҥWÿӝng theo kiӇu kӃt hӧp cӫa AUV truyӅn thӕng và Underwater Glider Tӯ ÿk\ÿӅ WjLKѭӟQJÿӃn hoàn thành các mөc tiêu sau: thiӃt kӃ FѫNKt gӗm lӵa chӑn biên dҥQJYjÿӝ dày cӫa vӓ tàu, thiӃt kӃ hӋ thӕng chӕng thҩm QѭӟFÿҧm bҧo cho AUV hoҥWÿӝng әQÿӏnh ӣ ÿӝ sâu 50m so vӟi mһWQѭӟc biӇn, và tính toán chiӅu dài hành trình cҫn thiӃt cӫa khӕLÿӕi trӑQJÿӇ $89ÿҥWÿѭӧc
LuС£ЛÂ Trang 9 góc ngҭQJ KD\ FK~L ÿҫu là 60 0 Mô phӓng CFD (Computational Fluid '\QDPLFVWtQKWRiQWiFÿӝng cӫDGzQJOѭXFKҩt lên các trҥng thái di chuyӇn cӫa tàu Tӯ ÿy[k\Gӵng bӝ thông sӕ lӵc nâng, lӵc cҧQYjP{PHPPjGzQJOѭX chҩWWiFÿӝng lên AUV KiӇm tra biên dҥng tàu theo tiêu chuҭn IITC 1957, và kiӇm tra tính әQÿӏnh cӫa tàu khi di chuyӇn thҷng vӅ SKtDWUѭӟc Và cuӕi cùng là thӵc nghiӋm kiӇPWUDÿiQKJLiELӃn dҥng vӓ và các chӭFQăQJKRҥWÿӝQJQKѭ chӕng thҩPQѭӟc, hoҥWÿӝng cӫDÿӝQJFѫÿҭy, cánh lái cӫa AUV tҥi áp suҩt 5bar WѭѫQJÿѭѫQJNKLWjXKRҥWÿӝng ӣ ÿӝ VkXPQѭӟc) bҵng hӋ thӕng kiӇm tra áp suҩt chuyên dөng
Nghiên cӭu tәng quan vӅ AUV
Nghiên cӭu các loҥi AUV
HiӋn nay, hai loҥLSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟFÿLӅu khiӇn không dây ÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn mӝt là AUV truyӅn thӕng sӱ dөng chân vӏWYjÿӝQJFѫ ÿҭ\ÿӇ di chuyӇQWURQJQѭӟc, loҥi AUV này có thӇ di chuyӇn linh hoҥWWKѭӡng ÿѭӧc sӱ dөng cho các công viӋc sӱ lý sӵ cӕ hoһc tìm kiӃm trong mӝt thӡi gian ngҳn do sӵ WLrXKDRQăQJOѭӧng lӟn Và hai là Underwater Glider mӝWSKѭѫQJ tiӋn tӵ hành sӱ dөQJÿӝQJÿӝQJFѫÿҭy nәi thay vì dùng chân vӏWYjÿӝQJFѫ ÿҭy, Glider sӱ dөQJÿӝQJFѫQәi và hӋ thӕQJÿӕi trӑQJÿӇ tҥo ra sӵ chuyӇQÿӝng theo chu kì nhӡ ÿyKRҥWÿӝng cӫa nó tӕn rҩWtWQăQJOѭӧng, nhӡ ѭXWKӇ này Glider WKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөng trong các hoҥWÿӝng tìm kiӃm và khҧo sát trên phҥm vi rӝng lӟn trong mӝt thӡi gian dài Hình 2.1 biӇu diӉn mô hình AUV truyӅn thӕng và Underwater Glider a) AUV REMUS-600
(https://oceanobservatories.org/ marine-technologies/robotic- auvs/) b) SeaExplorer Glider
(https://cordis.europa.eu/article/id/1 25018-odyssea-project-to-hold- training-seminar-on-the-usage-of-its- underwater-glider/it) Hình 2.1 3K˱˯QJWL n AUV và Glider hi n có trên th͇ giͣi
Trong luұQYăQQj\WUuQKEj\FiFQJKLrQFӭu vӅ thiӃt kӃ mӝt AUV có sӵ kӃt hӧp giӳa AUV truyӅn thӕng và Glider nhҵm tұn dөng thӃ mҥnh cӫa mӛi loҥLĈӇ hiӇXU}KѫQYӅ các hoҥWÿӝng cӫD$89WURQJGzQJQѭӟc, phҫn tiӃp theo trình bày hӋ tӑDÿӝ gҳn vӟi tàu và nguyên lý hoҥWÿӝng AUV trong hӋ tӑDÿӝ 6 bұc tӵ do
Nguyên tҳc hoҥWÿӝng và cân bҵng cӫa tàu
2.1.2.1 ĈӏQKQJKƭDFiFELӃn và hӋ tӑDÿӝ ĈӇ mô tҧ chuyӇQÿӝng cӫDFiFSKѭѫQJWLӋn hàng hҧi nói chung, hay AUV nói riêng tӭc là biӇu diӉn các chuyӇQÿӝQJÿyGѭӟi dҥQJSKѭѫQJWUuQKWRiQĈӇ OjPÿѭӧFÿLӅXQj\ÿӏnh ngKƭDKӋ tӑDÿӝ và các biӃn chuyӇQÿӝng (vӏ trí, vұn tӕc, vұn tӕc góc) trong các hӋ tӑDÿӝ ÿyFҫQÿѭӧc thiӃt lұp Hình 2.2 biӇu diӉn các biӃn sӕ và phân tích chuyӇQÿӝQJÿҫ\ÿӫ cӫa AUV trong sáu bұc tӵ do trên hӋ tӑDÿӝ 2[\]ÿһt tҥi trӑng tâm tàu Cө thӇ , AUV di trong hӋ tӑDÿӝ Oxyz , vӟi tӏnh tiӃn theo ba trөc Ox, Oy, Oz và chuyӇQÿӝQJ[RD\ÿѭӧFÿӏQKQJKƭDQKѭ sau góc roll () là chuyӇQÿӝng xoay quanh trөc Ox, góc pitch (ߠ) là chuyӇn ÿӝng xoay quanh trөc Oy và góc yaw (߮) là chuyӇQÿӝng xoay quanh trөc Oz
Hình 2.2 Bi͋u di͍n AUV trong h t͕Dÿ͡ 6 b̵c t do
7URQJÿyFiFELӃn sӕ ÿѭӧFÿӏQKQJKƭDQKѭVDX
+ x, y, z lҫQOѭӧt là các biӃn tӑDÿӝ biӇu diӉQWKD\ÿәi vӏ trí cӫa AUV theo các trөc Ox, Oy và Oz
+ u, v, w lҫQOѭӧt là vұn tӕc dài cӫa AUV di chuyӇn theo các trөc Ox, Oy và
+ p, q, r lҫQOѭӧt là vұn góc cӫa AUV di chuyӇn quay quanh các trөc Ox, Oy và Oz
2.1.2.2 Nguyên tҳc hoҥWÿӝQJFѫEҧn cӫa tàu
Theo tài liӋu [11], khi mӝt vұt thӇ, cө thӇ là tàu lһQ$89FKuPWURQJQѭӟc sӁ tӗn tҥi hai lӵc thӫ\WƭQKWiFÿӝng lên nó gӗm :
+ Lӵc trӑQJWUѭӡng (theo khӕLOѭӧng), P : hӧp lӵc cӫa tҩt cҧ các trӑng lӵc tác dөng lên tҩt cҧ các thành phҫn cӫa tàu Lӵc trӑQJWUѭӡQJOX{QFySKѭѫQJ
Kѭӟng thҷng xuӕQJGѭӟi và Fy[XKѭӟng giúp tàu chìm xuӕng Lӵc này tác dөng lên trӑng tâm G cӫa tàu lһn
+ Lӵc nәi (LӵFÿҭy Archimedes) FAWiFÿӝng lên phҫn thӇ tích cӫa tàu FKuPWURQJQѭӟFFySKѭѫQJYX{QJJyFYӟi bӅ mһt vӓ WjXYjÿӝ lӟn tӍ lӋ vӟi phҫn thӇ tích chiӃPQѭӟc cӫa tàu LӵFQj\FySKѭѫQJKѭӟng thҷng lên trên và Fyÿӝ lӟn tӍ lӋ vӟi khӕLOѭӧQJQѭӟc mà phҫn thӇ tích lһn cӫa tàu chiӃm chӛ, có WkPÿһt tҥi vӏ tâm hình hӑc cӫa phҫn chiӃPQѭӟc LӵFQj\FNJQJFKtQKOjOӵFÿҭy Archimedes, Fy[XKѭӟng giúp tàu nәi lên Lӵc tác dөng lên tâm thӇ tích cӫa phҫn tàu lһQWURQJQѭӟc, gӑi là tâm nәi B Vӏ trí cӫa tâm nәi B là trӑng tâm cӫa phҫn thӇ WtFKQѭӟc bӏ AUV chiӃm chӛ ắ Nguyờn tҳc lһn nәi cӫa tàu: x Khi trӑQJOѭӧng cӫa AUV lӟQKѫQOӵFÿҭ\$UFKLPHGHVWiFÿӝng lên nó thì tàu chìm xuӕng x Khi trӑQJOѭӧng cӫa AUV nhӓ hӧn lӵFÿҭ\$UFKLPHGHVWiFÿӝng lên nó thì tàu nәi lên x Khi trӑQJOѭӧng cӫa AUV bҵng vӟi lӵFÿҭy Archimedes thì vұt nәi trung tính tӭc là vүn giӳ ӣ mӭFNK{QJÿәi
BiӃWÿѭӧc khӕLOѭӧng, thӇ WtFKFKRiQQѭӟc, toҥ ÿӝ trӑng tâm và tâm nәi cӫa tàu, ta có thӇ giҧLÿѭӧc các bài toán liên quan tӟi tính nәi, tính әQÿӏnh cӫa tàu ӣ trҥQJWKiLWƭQK+uQKDYjEWKӇ hiӋn các lӵFWiFÿӝng lên tàu khi ӣ trҥng thái nәi và lһn a) Tàu ͧ tr̩ng thái n͝i b) Tàu ͧ tr̩ng thái l̿n
Hình 2.3 Các lFWiFÿ͡ng lên tàu ͧ các tr̩ng thái n͝i và l̿n
Theo tài liӋX>@WjXÿҥt trҥng thái cân bҵng khi hai lӵFYHFWѫOӵc ሬሬԦ và ሬԦ FyFQJÿӝ lӟn, giá nҵm trên cùng mӝWÿѭӡng thҷQJYjQJѭӧc chiӅu nhau Do ÿyÿLӅu kiӋn cân bҵQJWjXÿѭӧF[iFÿӏQKWKHRKDLÿLӅu kiӋn sau:
LӵFÿҭy FA Fyÿӝ lӟn bҵng trong lӵc P cӫa tàu
Trӑng tâm G và tâm nәi B cùng nҵm trên mӝt trөc thҷQJÿӭng ĈLӅu kiӋn cân bҵQJÿҫu tiên dùng cho trҥng thái nәi bҩt kì so vӟi mһt Qѭӟc ÿѭӧc thӇ hiӋQTXDSKѭѫQJWUuQKGX\QKҩt gӑLOjSKѭѫQJWUuQKFѫVӣ cӫa tính nәi: ܲ ൌ ߩܸ݃ (2.3)
Gӑi toҥ ÿӝ cӫa trӑng tâm G là ݔ ǡ ݕ ݒݖ và toҥ ÿӝ tâm nәi B là ݔ ǡ ݕ ݒݖ , WKuÿLӅu kiӋn cân bҵng thӭ hai cӫDWjXÿѭӧc biӇu diӉQWKHRKDLSKѭѫQJWUuQKVDX ݔ ீ െ ݔ ൌ ሺݖ ீ െ ݖ ሻݐܽ݊ሺߠሻ (2.4) ݕ ீ െ ݕ ൌ ሺݖ ீ െ ݖ ሻݐܽ݊ሺሻ (2.5)
Mô tҧ trҥng thái cӫDWjXÿҥt trҥng thái cân bҵQJWKHRKDLSKѭѫQJWUuQKWUrQELӇu diӉQQKѭKuQKYj
7URQJWUѭӡng hӧp mһWQѭӟFWƭQKGzQJFKҧ\NK{QJWiFÿӝng lên AUV thì trҥng thái әQÿӏnh WƭQKcӫa tàu phө thuӝc vào vӏ trí cӫa trӑng tâm G và tâm nәi
B Khi trӑng tâm G và tâm B không cùng nҵm trên mӝt trөFÿѭӡng thҷng theo Kѭӟng dӑc hoһc ngang thì sӁ xuҩt hiӋn mӝt momen hӗi phөFÿӇ ÿѭDWjXWUӣ vӅ vӏ trí әQÿӏnh tӭFOjFiFSKѭѫQJOӵc sӁ ÿѭӧFÿѭDYӅ vӏ trí cùng nҵm trên mӝt ÿѭӡng thҷQJÿLӅXQj\ÿѭӧc biӇu diӉQQKѭKuQK
Hình 2.4 Tr̩ng thái cân b̹ng cͯa tàu khi di chuy͋n xoay quanh trͭc Ox m͡t góc ሺߠሻ
Hình 2.5 Tr̩ng thái cân b̹ng cͯa tàu khi di chuy͋n xoay quanh trͭc Ox m͡t góc ሺሻ
NӃu trӑng tâm G và tâm nәL%WUQJQKDXWKuNKLÿy$89Uҩt dӉ bӏ mҩt әn ÿӏQK1rQÿӇ WjXÿҥt trҥng thái әQÿӏnh WƭQK tӕt nhҩt thì các lӵFWiFÿӝng lên tàu là P và FA phҧLWѭѫQJÿѭѫQJYӅ ÿӝ lӟQSKѭѫQJOӵc nҵm trên cùng mӝt trөc thҷQJÿӭQJYjKѭӟQJQJѭӧc chiӅu nhau, lúc này trӑng tâm G sӁ nҵm ӣ Gѭӟi tâm nәi B và khoҧng cách giӳa hai hai tâm G và B càng lӟn thì tàu càng әQÿӏnh
Hình 2.6 biӇu diӉn AUV vӏ trí cӫa trӑng tâm G và tâm nәL%NKL$89ÿҥt trҥng thái әQÿӏnh
F A a) AUV ͧ tr̩ng thái ͝Qÿ͓nh
F A b) AUV ͧ tr̩ng thái không ͝Qÿ͓nh sͅ chuy͋n sang tr̩ng tháo ͝Qÿ͓nh Hình 2.6 V͓ trí cͯa tr͕ng tâm G và tâm n͝i B
2.1.3 6ѫÿӗ nguyên lý và nguyên tác lһn nәi cӫa AUV
Có nhiӅu nhóm biên dҥQJÿѭӧc sӱ dөng cho các tàu lһn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc, và viӋc nghiên cӭu tҩt cҧ các biên dҥng này là mӝWÿLӅu bҩt khҧ WKLGRÿyYLӋc tӕt nhҩt là nghiên cӭu các kiӇu biên dҥQJÿDQJÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn và là xu
KѭӟQJFKRFiFSKѭѫQJWLӋn tӵ KjQKGѭӟLQѭӟc hiӋn nay LuұQYăQQj\Wұp trung nghiên cӭu nhóm biên dҥng vӓ $89ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trên thӃ giӟi, có biên dҥng theo kiӇXQJѭO{LGӵa trên biên dҥQJ0\ULQJ>@QKѭKuQKYӟi
LuС£ЛÂ Trang 15 thân là mӝt khӕi trө có diӋn tích mһt cҳt ngang không ÿәLÿѭӡng kính và chiӅu dài theo mӝt tӹ lӋ nhҩWÿӏnh), các biên dҥng phҫQPNJLYjÿX{LVӁ ÿѭӧc thiӃt kӃ dӵDWKHRFiFSKѭѫQJWUuQKWRiQKӑFYjÿѭӧc thӇ hiӋQQKѭErQGѭӟi: a b c r (x) x d r (x) Į
Hình 2.7 Biên d̩ng Myring x Biên dҥng phҫQÿҫu:
( ) r x EiQNtQKELrQGҥQJ$89WҥLYӏWUt[ ݀ǣ ÿѭӡQJNtQKOӟQQKҩWFӫDELrQGҥQJ ܽǡ ܾǡ ܿǣ OҫQOѭӧWOjFKLӅXGjLFӫDSKҫQPNJLSKҫQWKkQYjSKҫQÿX{L$89 ߙǣ JyFWҥLYӏWUtÿX{L$89 ݊ǣ OjWKDPVӕPNJOjPWKD\ÿәLELrQGҥQJSKҫQPNJLWjX
Vӟi mөc tiêu thiӃt kӃ AUV theo kiӇu kӃt hӧp giӳa AUV truyӅn thӕng và Glider, có thӇ thӵc hiӋn nhiӋm vө JLiPViWYjWKăPGzӣ ÿӝ sâu 50 mét so vӟi mӵFQѭӟF6ѫÿӗ ÿӝng và thông sӕ $89ÿѭӧc thӇ hiӋn ӣ hình 2.8 và bҧng 2.1
(1) PhҫQÿҫu (2) HӝSSLQĈӝQJFѫ%iQKUăQJ
(5) Xylanh (6) Piston (7) Visme kéo hӋ SLVWRQ9LVPHNpRÿӕi trӑng Ĉӕi trӑQJĈӝQJFѫVHUYRĈDLUăQJĈӝQJFѫVHUYR (13) Bình chӭa Qѭӟc tràn tӯ xylanh (14) HӝSSLQ%iQKUăQJ ĈӝQJFѫ+ӝp pin (18) PhҫQÿX{LĈӝQJFѫÿҭy (20) Cánh quҥt (21) ӔQJÿҥROѭX+ӝp chӕng thҩPFKRÿӝQJFѫFiQKOiL (23) Cánh lái (24) TranduFHUĂQ-teng (26) MҥFKÿLӋn
Thông sӕ éQJKƭD Giá trӏ ĈѫQYӏ a ChiӅu dài phҫQÿҫu 245 mm b ChiӅu dài thân 1790 mm c ChiӅu dài phҫQÿX{L 465 mm
L ChiӅu dài tәng AUV 2560 mm d Ĉѭӡng kính thân lӟn nhҩt cӫa AUV 250 mm m KhӕLOѭӧng AUV 92 kg v TӕFÿӝ di chuyӇn lӟn nhҩt 3 Knot
Quá trình lһn ± nәi cӫD$89ÿѭӧc mô tҧ QKѭKuQKErQGѭӟi: x TrҥQJWKiLEDQÿҫX.KLÿѭӧFÿѭD[XӕQJQѭӟF$89OѫOӱng trên mһt QѭӟF.KLÿyÿӇ $89ÿҥt trҥng thái әQÿӏnh thì trӑng tâm G cӫa tàu phҧi ӣ SKtDGѭӟi tâm nәi B x Trҥng thái 1: Mô hình sӱ dөng QJX\rQOêWKD\ÿәi thӇ tích chiӃPQѭӟc bҵng hӋ thӕQJSLVWRQ[\ODQKÿӇ làm giҧm lӵFÿҭy Archimedes tác dөng OrQ$89NKLÿy$89ÿLWKҷng xuӕQJGѭӟi
Hình 2.10 Quá trình l̿n n͝i cͯa AUV x Trҥng thái 2: Sau khi xuӕng mӝWÿӝ sâu nhҩWÿӏQKÿӕi trӑQJÿѭӧc dӏch chuyӇn vӅ SKtDÿҫXÿӇ WKD\ÿәi trӑng tâm G, tҥo ra mô men làm xoay góc nghiêng (Pitch) cӫa AUV, làm cho tàu chúi xuӕQJÿӗng thӡi, kӃt hӧp vӟLÿӝQJFѫ ÿҭy sӁ ÿѭDWjXÿӃQÿӝ sâu mong muӕn x TrҥQJWKiL.KLÿmÿӃQÿӝ sâu mong muӕQÿӕi trӑng sӁ chuyӇQÿӝng lùi vӅ SKtDÿX{LÿӇ ÿѭD$89WUӣ lҥi vӏ trí cân bҵng Và AUV bҳWÿҫu di chuyӇn thҷng vӅ SKtDWUѭӟc x TrҥQJWKiLĈӇ AUV di chuyӇQÿӃQÿӝ sâu thҩSKѫQÿӕi trӑng sӁ ÿѭӧc di chuyӇn vӅ SKtDÿX{LÿӇ WKD\ÿәi góc nghiêng (pitch) cӫD$89.KLÿy$89 [RD\Kѭӟng lên và kӃt hӧp vӟLÿӝQJFѫÿҭ\ÿӇ ÿLOrQÿӝ cao mong muӕn
Gӑi G là trӑng tâm cӫa mô hình AUV vӟi tӑDÿӝ ݎሬሬሬԦ ൌ ሾݔ ீ ீ Ǣ ݕ ீ Ǣ ݖ ீ ሿ Giҧi FiFSKѭѫQJWUuQKFә ÿLӇn 6 bұc tӵ GR[iFÿӏnh chuyӇQÿӝng cӫD$89WKHRÿӏnh luұt hai Newton, tӯ >@WDFyÿѭӧFFiFSKѭѫQJWUuQKÿӝng hӑc mô tҧ chuyӇn ÿӝng cӫD$89QKѭVDX x 3KѭѫQJ trình tәng lӵFWiFÿӝng lên AUV theo các trөF2[2\Yj2]QKѭFiF pKѭѫQJWUuQKErQGѭӟi:
G G G m u vr wq x q r y pq r z pr q X m v wp ur y r p z qr p x qp r Y m w uq vp z p q x rp q y rq p Z ê º ơ ẳ ê º ơ ẳ ê º ơ ẳ
(2.8) x 3KѭѫQJWUuQKWәQJPRPHQWiFÿӝng lên AUV theo các trөF2[2\Yj2]QKѭFiFSKѭѫQJWUuQKErQGѭӟi:
2 2 xx zz yy xz yz xy
G G yy xx zz xy xz yz
G G zz yy xx yz xy xz
I p I I qr r pq I r q I pr q I m y w uq vp z v wp ur K
I q I I rp p qr I p r I qp r I m z u vr wq x w uq vp M
I r I I pq q rp I q p I rq p I m x v wp ur êơ ºẳ êơ ºẳ êơ y G u vr wq ºẳ N
X, Y, Z lҫQOѭӧt là tәng hӧp lӵc tác dөng lên AUV theo các trөc Ox, Oy và Oz
K, M, N lҫQOѭӧt là tәng momen tác dөng lên AUV theo các trөc Ox, Oy và Oz
Iij (i; j߳^[\]`OjP{PHQTXiQWtQKWѭѫQJӭng vӟi các trөc Ox, Oy và Oz.
Mô hình toán mô phӓng và lý thuyӃWFKLDOѭӟi
Mô hình rӕLYjFKLDOѭӟi lӟp biên
Khi AUV di chuyӇQWURQJGzQJOѭXFKҩt, thì hӋ sӕ Reynolds cӫa dòng chҩt OѭXEDRTXDQK$89ÿѭӧFWtQKWRiQQKѭSKѭѫQJWUuQKErQGѭӟi:
7URQJÿy ɏǡ ǡ ɊlҫQOѭӧt là khӕLOѭӧng riêng cӫa chҩt lӓng (kgȀ݉ ଷ ሻ, chiӅXGjLÿһc WUѭQJPYjYұn tӕFÿһFWUѭQJFӫa dòng chҧy (m/s), hӋ sӕ nhӟWÿӝng lӵc hӑc cӫDOѭXFKҩt (Ns/m 2 ) Giá trӏ các thông sӕ thӇ hiӋQQKѭEҧng 2.2
B̫ng 2 2 Các thông s͙ ÿ̿c tính dòng ch̫y
Thông sӕ Giá trӏ ĈѫQYӏ ɏ 1024 Kg/m 3
Tӯ bҧQJWDWtQKÿѭӧc hӋ sӕ Re = 1,29 x 10 6 khi AUV di chuyӇn vӟi vұn tӕc nhӓ nhҩt v bҵng 0.5 m/s Do hӋ sӕ Re cӫa dòng chҩWOѭXEDRTXDQK$89 lӟQKѫQNKL$89GLFKX\Ӈn vӟi vұn tӕc lӟQKѫQPV9ұy nên, ta chӑQP{KuQKWtQKWRiQOjGzQJOѭXFKҩt thӵc bao quanh tàu có ma sát nhӟt, dòng chҧy rӕLNK{QJWtQKÿӃn sӵ WKD\ÿәi nhiӋWÿӝ.KLÿyP{KuQKUӕi ݇ െ ߝ là phù hӧSÿӇ áp dөng tính toán mô phӓng
Trong Fluent, mô hình ݇ െ ߝ là mӝt mô hình bán thӵc nghiӋm có tính toán FDRKѫQYjәQÿӏQKKѫQQrQWKѭӡQJÿѭӧc sӱ dөng trong các mô phӓng nghiên cӭu dӵ ÿRiQÿiSӭng cӫa các dòng chҧy, mô hình này gӗm hai loҥi là realizable ݇ െ ߝ và standard ݇ െ ߝ Do mô hình rӕi realizable ݇ െ ߝ là mô hình tính toán có sӱ dөQJFiFSKѭѫQJSKiSFҧi thiӋQKѫQVRYӟi standard ݇ െ ߝ nên các mô
LuС£ЛÂ Trang 20 phӓQJWKѭӡng dӵ ÿRiQchính xác và tӕWKѫQ+ѫQWKӃ nӳa, realizable ݇ െ ߝ có nhiӅX ѭX ÿLӇP KѫQ WURQJ YLӋc dӵ ÿRiQ ÿһc tính cӫa các lӟp biên trong mӝt gradien áp suҩt lӟn, các dòng chҧy tách biӋt và tuҫQKRjQQrQP{KuQKQj\ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ mô phӓng AUV di chuyӇQWURQJQѭӟc
Mô hình realizable ݇ െ ߝ áp dөng cho viӋc giҧLÿӝc lұSKDLSKѭѫQJWUuQK chuyӇQÿӝQJOjSKѭѫQJWUuQKP{Wҧ ÿҥLOѭӧQJÿӝQJQăQJUӕLNYjÿҥLOѭӧng hӋ sӕ phân tán rӕi (ߝ) : i t k b m k i j k j k ku k
7URQJÿy ୩ ୠ lҫQOѭӧt là sӵ SKiWVLQKQăQJOѭӧQJÿӝng hӑc rӕi do gradien vұn tӕc WUXQJEuQKYjÿӝng hӑc do sӭc nәi thӇ hiӋn sӵ dãn nӣ biӃQÿәi trong dòng chҧy rӕi nén C2 và ଵக là các hҵng sӕ ߪ và ߪ ఌ lҫQOѭӧt là hӋ sӕ hӛn loҥn Prandtl cӫa k và ߝ Và ୩ க ÿѭӧFÿӏQKQJKƭDEӣLQJѭӡi dùng C1 ÿѭӧc tính theo công thӭc sau:
Khi hӋ sӕ Reynolds rҩt lӟn, ҧQKKѭӣng cӫa lӵc ma sát chӍ tұp trung trong miӅn nhӓ lân cұn bӅ mһt cӫa vұt thӇ, hay nói cách khác các tính toán mô phӓng chӍ TXDQWkPÿӃn dòng chuyӇQÿӝng nhӟt trong vùng lӟp biên Vì vұ\ÿӕi vӟi mô hình rӕLNtFKWKѭӟc các ô Oѭӟi gҫn các bӅ mһt dòng chҧy và các thành cӫa vұt thӇ là rҩt quan trӑng Trong nghiên cӭu này, mô hình rӕi sӱ dөng là realizable ݇ െ ߝ kӃt hӧSKjPWѭӡng tiêu chuҭn (standard wall functions) Ӣ mô hình này, dòng chҧy ӣ vùng chuyӇn tiӃp (buffer region) sӁ NK{QJÿѭӧc mô phӓng mà chӍ tұp trung mô phӓng ӣ vùng chҧy rӕi (log-ODZUHJLRQĈLӅXQj\FyQJKƭDOjSKҫn tӱ Oѭӟi lӟSELrQÿҫu tiên cҫQÿѭӧFÿһt trong lӟp chҧy rӕi (log-law layer) Mà
LuС£ЛÂ Trang 21 trong vùng log-law region, vұn tӕc trung bình cӫa dòng chҧy tӍ lӋ vӟi khoҧng FiFKÿӃn thành cӫa vұt thӇ, nên NtFKWKѭӟc thích hӧp cӫDFiF{OѭӟLÿҫu tiên gҫn thành cӫa vұt thӇ, cө thӇ ӣ ÿk\Oj$89ÿѭӧF[iFÿӏnh bӣi giá trӏ y + WKHRQKѭ công thӭFErQGѭӟi: y y UW Z
7URQJÿy ɏሺȀ ଷ ሻ là khӕLOѭӧng riêng, ɊሺȀ ଶ ሻ Ojÿӝ nhӟWÿӝng lӵc hӑc, ɒ ன kg/(m.s 2 ) là ӭng suҩt cҳt trên vӓ, \PPNtFKWKѭӟc cӫD{OѭӟLÿҫu tiên trong lӟp biên, y + là khoҧng cách không thӭ nguyên tӯ WѭӡQJÿӃn phҫn tӱ OѭӟLÿҫu tiên
Do sӱ dөQJKjPWѭӡng tiêu chuҭn (standard wall functions) nên 30 < y + < 500, ӣ mô phӓng này chӑn y + = 50
Chӑn y = PP&KLDOѭӟi lӟp biên biӇu diӉQQKѭKuQK
2.3 Ѭӟc tính lӵc cҧn bҵng công thӭc thӵc nghiӋm:
Lӵc cҧn thӵc nghiӋPWiFÿӝng lên mӝW$89ÿӕi xӭng trөc, di chuyӇn trên mӝWÿѭӡng thҷng trong dòng chҧy, chӫ yӃXÿѭӧFVLQKUDGRÿӝ nhӟt cӫa dòng chҩt lӓng ҦQKKѭӣQJQj\ÿѭӧc tách thành hai yӃu tӕ riêng biӋt gӗm lӵc cҧn ma sát (hay còn gӑi là lӵc cҧn nhӟt) trên bӅ mһW$89ÿѭӧc sinh ra do ӭng suҩt cҳt nhӟt cӫa dòng chҧy dӑc theo bӅ mһt thân tàu và lӵc cҧn hình dҥng gây ra bӣi sӵ phát triӇn và tách rӡi lӟp biên, và do sӵ chênh lӋch áp suҩt ӣ ÿҫu YjÿX{LFӫa AUV [16]
LuС£ЛÂ Trang 22 ĈӇ ѭӟc tính các hӋ sӕ lӵc cҧn ma sát (Cd) và hӋ sӕ lӵc cҧn hình dҥng (Cv), các thӵc nghiӋPWiFÿӝng cӫa dòng chҧ\OrQP{KuQKWjXÿmÿѭӧc xây dӵng Tӯ ÿyWKLӃt lұp nên các biӇXÿӗ ѭӟc tính các hӋ sӕ lӵc cҧn ma sát Cd và lӵc cҧn hình dҥng Cv7URQJѭӟc tính hӋ sӕ Cd WKuÿѭӡQJWѭѫQJTXDQ,77&WKѭӡng ÿѭӧc sӱ dөng rӝQJUmLÿk\Ojÿӗ thӏ cӫa hӋ sӕ Cd ÿѭӧc xây dӵng bҵng thӵc nghiӋm khi dòng chҧ\WiFÿӝng dӑFWKHRWKkQWjX7URQJÿyKӋ sӕ CD ÿѭӧc biӇu diӉQQKѭOjPӝt hàm cӫa hӋ sӕ Renolds (Re):
HӋ sӕ lӵc cҧn hình dҥng Cv ÿѭӧF[iFÿӏnh bҵng tích cӫa Cd và hӋ sӕ (1+k) 7URQJ ÿy JLi WUӏ N ÿѭӧF [iF ÿӏQK QKѭ Oj Pӝt hàm cӫa biên dҥng thân Hoerner [17] ÿmÿѭDUDPӝt công thӭFѭӟc tính hӋ sӕ (1+k) dӵa trên chiӅu dài WKkQ/Yjÿѭӡng kính thân lӟn nhҩt (D) cӫDWjXQKѭVDX
Tӯ công thӭc thӵc nghiӋPѭӟc tính các hӋ sӕ thì lӵc cҧn ma sát và lӵc cҧn hình dҥng có thӇ ÿѭӧFWtQKVѫEӝ BiӇXÿӗ ÿѭӡng cong cӫa các giá trӏ này sӁ ÿѭӧc xây dӵQJYjOjFѫVӣ ÿӇ kiӇm tra, so sánh vӟi mô phӓng CFD khi AUV di chuyӇn trên mӝWÿѭӡng thҷQJWURQJQѭӟc.
KiӇm tra tính әQÿӏQKÿӝng hӑc cӫa AUV
KiӇm tra tính әQÿӏQKÿӝng hӑc cӫa mӝWSKѭѫQJWLӋn hàng hҧi nói chung, hay AUV nói riêng là thiӃt lұp mӝt trҥng thái cân bҵQJEDQÿҫXVDXÿyNLӇm tra [HPGѭӟLWiFÿӝng cӫa nhӳng nhiӉu loҥn nhӓ thì hӋ thӕng có trӣ lҥi trҥng thái EDQÿҫu hay không NӃXSKѭѫQJWLӋn trӣ lҥi hoһFFy[XKѭӟng trӣ lҥi trҥng thái EDQÿҫu sau khi loҥi bӓ hӃt nhiӉu loҥQWKuQyÿѭӧc xem là әQÿӏQKYjQJѭӧc lҥi nӃu trҥQJWKiLSKѭѫQJWLӋQÿLUDKRһFFy[XKѭӟQJÿLUDNKӓi trҥng thái cân bҵng WKuQyÿѭӧc xem là mҩt әQÿӏnh
Vì trong chuyӇQÿӝng cӫDWjXWKѭӡng chӫ yӃXTXDQWkPÿӃn nhӳng chuyӇn ÿӝng cӫa con tàu xuҩt phát tӯ ÿLӅu kiӋn chuyӇQÿӝng thҷng vӅ SKtDWUѭӟc Do ÿy$89VӁ ÿѭӧc kiӇm tra sӵ әQÿӏnh vӟLÿLӅu kiӋn cân bҵQJEDQÿҫu là AUV di chuyӇn thҷng vӅ SKtDWUѭӟc vӟi vұn tӕFNK{QJÿәLĈk\FyWKӇ xem là trҥng thái cân bҵng cӫa AUV vì chuyӇQÿӝng vӟi vұn tӕc là hҵng sӕ dүQÿӃn gia tӕc bҵQJNK{QJYjÿLӅXQj\FyQJKƭDOjNK{QJFyVӵ xuҩt hiӋn cӫa vұn tӕc góc và gia tӕc góc, hay nói cách không có lӵFYjP{PHQWiFÿӝng lên AUV
LuС£ЛÂ Trang 23 ĈӇ giҧPÿӝ phӭc tҥp cho các phân tích tính toán, thay vì phҧi giҧi bài toán әQÿӏnh vӟi chuyӇQÿӝng cӫa AUV trong hӋ ÿҫ\ÿӫ 6 bұc tӵ GRWѭѫQJӭng vӟi
6 biӃn X, Y, Z và K, M, N thì ta sӁ thӵc hiӋn phân tích chuyӇQÿӝng cӫa AUV trong mһt phҷng ngang và mһt phҷQJÿӭng mӝt cách riêng biӋWNK{QJ[pWÿӃn chuyӇQÿӝng xoay quanh trөc Ox cӫa AUV) Tӭc là lúc này, viӋc phân tích chuyӇQÿӝng quy vӅ KDLEjLWRiQOLrQTXDQÿӃn 3 bұc tӵ do, mӝt là xét chuyӇn ÿӝng cӫa AUV trong mһt phҷQJQJDQJNK{QJ[pWÿӃn chuyӇn ÿӝng xoay quanh trөc Ox cӫa AUV) thì gӗm có chuyӇQÿӝng tӏnh tiӃn dӑc theo trөc Ox và Oy, và mӝt chuyӇQÿӝng xoay quanh trөc Oz Hai là chuyӇQÿӝng cӫa AUV trong mһt phҷQJÿӭQJNK{QJ[pWÿӃn chuyӇQÿӝng xoay quanh trөc Ox cӫa AUV) thì gӗm có chuyӇQÿӝng tӏnh tiӃn theo trөc Ox và Oz, và chuyӇQÿӝng xoay quanh trөc 2\7KHR>@KDLSKѭѫQJWUuQKÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ kiӇPÿӏnh tính әQÿӏnh cho tàu khi chuyӇQÿӝng thҷng vӅ SKtDWUѭӟc vӟi vұn tӕFNK{QJÿәLÿѭӧc biӇu diӉQQKѭ ErQGѭӟi:
+ KiӇm tra әQÿӏnh cӫa AUV khi di chuyӇn trong mһt phҷng ngang
+ KiӇm tra әQÿӏnh cӫa AUV khi di chuyӇn trong mһt phҷng ngang
+ m (kg) là khӕLOѭӧng cӫa AUV, ݔ ீ (m) là tӑDÿӝ trӑng tâm cӫa AUV
+ Yv là hӋ sӕ thӫ\ÿӝng (hydrodynamic derivatives) ÿѭӧc tҥo ra do sӵ WKD\ÿәi mӝWOѭӧng οv cӫa vұn tӕc dài v, do nhiӉu loҥQJk\UD7ѭѫQJWӵ Yr, Zw, Zq lҫn Oѭӧt là ÿѭӧc tҥo ra do sӵ WKD\ÿәi nhӓ cӫa các biӃn r, w và q
+ Nr, Nv, Mq và Mw lҫQOѭӧWÿѭӧc tҥo ra do sӵ WKD\ÿәi mӝWOѭӧng nhӓ cӫa các biӃn r, v, q và w
&+ѬѪ1*PHÂN TÍCH MÔ PHӒNG THӪı@QK{PT6061
= 270MPa, ӭng suҩt trên vӓ chӍ bҵng 6% ӭng suҩt chҧy cӫDQK{P'Rÿy thiӃt kӃ vӓ ÿҧm bҧRÿѭӧFÿӝ bӅn
LuС£ЛÂ Trang 58 b) K͇t qu̫ mô ph͗ng ͱng sṷt Von-mises trên v͗
Hình 4.5 K͇t qu̫ mô ph͗ng chuy͋n v͓ và ͱng sṷt Von-mises trên v͗ tàu
Hình 4.6 Bi͋Xÿ͛ chuy͋n v͓ các ph̯n t͵ O˱ͣi trên v͗
Hình 4.7 Ĉ͛ th͓ ͱng sṷt Von-mises trên v͗ a) K͇t qu̫ mô ph͗ng chuy͋n v͓ trên v͗
Nhұn xét: Tӯ kӃt quҧ mô phӓQJWDFNJQJQKұn thҩy rҵng biӃn dҥng lӟn nhҩt sӁ xҧy ӣ KDLÿҫu mһt bích và tiӃp theo là phҫn vӓ thân AUV BiӃn dҥng xҧy ra nhӓ ӣ các mӕi lҳp ghép mһt bích vӟi khoang hay hai khoang ghép lҥi vӟi nhau Tӯ ÿk\WDVӁ FyFѫVӣ nên chӑn bӅ dày mһt bích lӟQKѫQYӓ và chӑn bӅ dày tҥi cái mӕi ghép không cҫn phҧi quá lӟn.
Tính tóa chiӅXGjLKjQKWUuQKÿӕi trӑng
Tính toán chiӅXGjLKjQKWUuQKÿӕi trӑng
Các thông sӕ yêu cҫu thiӃt kӃ EDQÿҫu cӫa AUV thӇ hiӋQQKѭEҧQJErQGѭӟi
B̫ng 4 4 Các thông s͙ thi͇t k͇ yêu c̯u
Thông sӕ EDQÿҫu Kí hiӋu Giá trӏ
KhӕLOѭӧng AUV mAUV 92 kg
KhӕLOѭӧng khӕLÿӕi trӑng mdt 7.5 kg
ChiӅu dài cӫa khӕLÿӕi trӑng Ldt 80 mm
TӑDÿӝ trӑng tâm theo trөc Oz cӫa
AUV khi không Fyÿӕi trӑng ZH 6.984
TӑDÿӝ trӑng tâm theo trөc Oz cӫa khӕi ÿӕi trӑng ZM 15.736
Tӯ ÿk\WD[iFÿӏQKÿѭӧc chiӅu dài hành trình di chuyӇn cӫDÿӕi trӑng cҫn thiӃt:
80 6.984 92 1 tan 60 tan( 60) 15.736 tan 60 tan( 60) 407( ) l Đ ă â 7.5 ã á ạ mm (4.15)
4.2.3 ;iFÿӏnh tӑDÿӝ cӫa trӑng tâm AUV bҵng phҫn mӅm NX12 và ÿR ÿҥc trên mô hình thӵc tӃ Ӣ ÿk\WD[iFÿӏnh tӑDÿӝ trӑng tâm AUV trên trөF2[NKLÿӕi trӑng ӣ vӏ WUt ÿҫu và cuӕi hành trình bҵng phҫm mӅm NX12, tiӃS WKHR ÿӕi chiӃu vӟi SKѭѫQJSKiSÿRÿҥF[iFÿӏnh trӑng tâm trên mô hình thӵc tӃ Tӯ ÿyFyPӝt cái nhìn trӵFTXDQÿӇ có thӇ ÿLӅu chӍnh trong thiӃt kӃ
LuС£ЛÂ Trang 63 ắ ;iFÿӏnh tӑDÿӝ trӑng tõm trờn phҫn mӅm NX12 Ĉһt hӋ tӑDÿӝ ӣ PNJLFӫa tàu AUV và sӱ dөQJWtQKQăQJAnalysis measure body cӫa phҫn phҫn mӅm NX12, dӉ GjQJ[iFÿӏQKÿѭӧc tӑDÿӝ trӑng tâm cӫa
$89NKLÿӕi trӑng ӣ vӏ WUtÿҫu và cuӕi hành trình Hình 4.11 và 4.12 thӇ hiӋn vӏ trí cӫDÿӕi trӑng, và bҧng 4.5 trình bày tӑDÿӝ cӫa trӑQJWkPWѭѫQJӭng vӟi các vӏ trí cӫDÿӕi trӑng
Hình 4.11 Ĉ͙i tr͕ng ͧ v͓ WUtÿ̯u hành trình
Hình 4.12 Ĉ͙i tr͕ng ͧ cu͙Lÿ̯u hành trình B̫ng 4 5 T͕Dÿ͡ tr͕ng tâm AUV ͧ các v͓ trí cͯDÿ͙i tr͕ng
9ӏWUtÿӕLWUӑQJ 7ӑDÿӝ;PP 7ӑDÿӝ