6. Bố cục của luận án
2.2.3. Phân tích tối ưu lựa chọn hình dáng thiết bị lặn tự hành
Thiết kế một AUV tùy thuộc vào nhiệm vụ cụ thể mà có thiết kế khác nhau để đáp ứng các yêu cầu nhiệm vụ đặt ra. Tuy nhiên, các mục tiêu thiết kế liên quan đến hoạt động dưới nước của AUV dựa trên lực cản thủy động lực học, sức đẩy, khả năng cơ động và kiểm soát lực nổi. Trong đó, lực cản thủy động lực học là quan trọng nhất vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến yêu cầu công suất, phạm vi hoạt động và sức bền của AUV. Do đó, giảm thiểu lực cản là mục tiêu trọng tâm trong thiết kế một AUV và nó là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực thủy động lực học dưới nước. Nói chung, điều này có thể được thực hiện bằng các phương pháp như: tạo hình dáng cho thân AUV, kiểm soát lớp biên, động cơ đẩy tiết kiệm năng lượng, hệ thống điều khiển phù hợp với độ ổn định thủy động lực học. Trong luận án này tác giả tập trung vào hình dáng thiết bị lặn nhằm giảm lực cản từ đó tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng của AUV.
Thiết bị lặn tự hành có nhiều hình dạng kết cấu khác nhau như: Hình trụ, hình khối hộp, hình dạng giống các loài cá, hình khối,…. Để lựa chọn được kết cấu hình dáng AUV hợp lý, đảm bảo độ bền, đủ không gian chứa các thiết bị điện tử, nguồn năng lượng, hệ thống đẩy nhưng vẫn đáp ứng được giảm lực cản trong nước. Tác giả đi phân tích kết cấu vỏ có dạng nón cụt - trụ - nón cụt, đây là kết cấu được nhiều nhà nghiên cứu AUV lựa chọn. Các kết quả hình học và số học cho các tính chất dao động tự do của kết kết cấu ghép nối nón cụt - trụ - nón cụt (CCC) được nghiên cứu như Hình 2.4. Trong nghiên cứu, giả sử rằng vật liệu và chiều dày của các thành phần của kết cấu vỏ là giống nhau để giảm số lượng tính toán và để đảm bảo bộ nhớ của máy tính.
Hình 2.4. Hệ tọa độ và mô hình nón - trụ - nón
Các tham số ảnh hưởng ηi (i =1, 2,3) được định nghĩa bởi kết hợp các module đàn hồiE11 vàE22 và module cắtG12 của vật liệu CNTRCs được dự đoán từ luật mở rộng của kết hợp hoặc từ các mô phỏng MD được thực hiện bởi Han và Elliott [79].
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ví dụ, η = 0.142,η η = 0.141,η 0.715 cho trường hợp
cho trường hợp của
0.12, 0.17, và và n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 Hình 2.5. Các mô hình của vỏ nón - trụ - nón
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com UD(CCC) FR EQ UE NC Y( 1/ s -80
Hình 2.6. Quan hệ giữa góc ở đỉnh và tần số dao động của vỏ nanocomposite (CCC UD) nón - trụ - nón FG-X(CCC) FR EQ UE NC Y( 1/ s -80 ϕ (DEGREE)
nanocomposite (CCC FG-X) nón - trụ - nón.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com FG-O(CCC) F R E Q U E N C Y (1 /s -80 -60 -40 -20 ϕ 0 20 40 60 80 (DEGREE)
Hình 2.8. Quan hệ giữa góc ở đỉnh và tần số dao động của vỏ nanocomposite (CCC FG-O) nón - trụ - nón
Yếu tố quan trọng để không thể thu được định lượng chính xác xu hướng của tần số dao động tự do khi tỷ lệ R/h thay đổi. Đầu tiên, ảnh hưởng của tỷ số bán kính với chiều dày R/h cho hai phần của vỏ với điều kiện biên là free. Độ dày của vỏ được thay đổi từ R/h = 100 đến R/h = 200, góc ở đỉnh của phần nón cụt được đặt =
= 1. Từ kết quả thu được có thể thấy, với tỷ lệ R/h = 100, tần số cơ bản lớn nhất ω
(1/s) là 651,323 (n = 2) tương ứng với mô hình được thiết kế. Thông thường các tần số dao động sẽ giảm khi tăng bán kính của vỏ bởi khi đó kết cấu sẽ dễ dàng bị dao động khi độ cứng giảm.
Các quá trình được thực hiện tương tự đối với trường hợp của vỏ ghép nối nón - trụ - nón. Các thuộc tính của vỏ được đưa ra theo cấu trúc này như sau: L/R = 1.0, LL/R = 1.5, h/R = 0.005,
nối nón - trụ - nón được mô tả trong Hình 2.5. Với các kết quả thu được, việc phân bố các thể tích nhỏ của CNTs ảnh hưởng rõ dệt đến tần số dao động tự nhiên, những số liệu được thể hiện trên Hình 2.6, Hình 2.7 và Hình 2.8 cho vỏ nón - trụ - nón. Khi giảm mật độ các hạt của CNTs, các tần số sẽ giảm. Hiện tượng này được giải thích là do sự giảm độ cứng trong cấu trúc và kết cấu sẽ dao động dễ dàng hơn. Hơn thế nữa, các tần số của vỏ FG-X cho cả hai kết cấu sẽ cao hơn so với những tần số của những cấu trúc còn lại gia cường bởi polymer. Qua việc phân tích, đánh giá thì lựa chọn hình háng thiết bị lặn tự hành dạng nón - trụ - nón là phù hợp với cấu trúc của thiết bị lặn dưới nước. Trong luận án này dựa vào các phân tích ở trên tác giả đi thiết kế mô hình thiết bị lặn tự hành loại có cánh năng lượng mặt trời và loại không có cánh năng lượng mặt trời trên nền tảng hình dáng của thiết bị sẽ có dạng nón - trụ - nón. Từ đó phân tích sự ảnh hưởng của cánh năng lượng lên việc di chuyển của thiết bị, làm tiền đề để lựa chọn loại kết cấu, hình dáng phù hợp và hiệu quả.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
2.2.4. Phân tích động lực học mô hình thiết bị lặn tự hành không có cánh và cócánh năng lượng mặt trời