Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/12568
Type: Tese
Title: Numerical evaluation of the free surface effect on the hydrodynamics and dynamics of underwater vehicles
Author(s)/Inventor(s): Amiri, Mojtaba Maali
Advisor: Sphaier, Sergio Hamilton
Co-advisor: Vitola, Marcelo de Araujo
Abstract: A presente tese tem como objetivo avaliar o efeito da superfície livre na hidrodinâmica e dinâmica de um veículo submarino (UV) genérico no plano horizontal. Portanto, os testes cativos, incluindo os testes de reboque e de braço rotativo, são realizados num modelo UV usando as simulações numéricas baseadas nas equações de URANS com um modelo de turbulência de Reynolds implementados no código comercial STARCCM+. Estes testes são realizados nas várias profundidades de submersão e faixas apropriadas das velocidades. Para fins de avaliação de manobrabilidade, as forças e os momentos obtidos a partir das simulações dos testes cativos são implementados nas equações de movimento nas várias profundidades. Adicionalmente, as equações analíticas são usadas para calcular as forças e os momentos que surgem das acelerações, impulso e leme, os quais são assumidos constantes em relação à profundidade. Os resultados obtidos mostram que, geralmente, uma diminuição na profundidade provoca um aumento em todas as forças geradas pelas velocidades. Os resultados ainda mostram que aproximar a superfície livre tem um efeito insignificante na força lateral e no momento de yaw ambos gerados pelas regiões de proa e popa. Além disso, observa-se que, com a diminuição da profundidade, a região entre o meio do UV e o ombro de ré é o principal responsável pelo aumento ou diminuição da força lateral e do momento de yaw atuantes sobre o casco do UV. Observa-se também que, com um decréscimo na profundidade, devido a um aumento nas características de amortecimento do UV, a estabilidade dinâmica aumenta consideravelmente, o que leva a uma diminuição da manobrabilidade do UV.
Abstract: The present thesis seeks to evaluate the free surface effect on the hydrodynamics and dynamics of a generic underwater vehicle (UV) in the horizontal plane. Accordingly, the captive tests, including the straight-ahead resistance, drift and rotating arm tests, are performed on the bare hull of a UV model by using numerical simulations based on URANS equations with a Reynolds stress turbulence model implemented in the commercial code STARCCM+. These tests are carried out for various submergence depths and proper ranges of UV velocity components. For the purpose of maneuverability assessment, the forces and moments arising from the velocity components obtained from the simulations of the captive tests are implemented in the equations of motion for various submergence depths. Additionally, analytical equations are used to calculate the forces and moments arising from the UV accelerations, thrust and rudder, which all are assumed to remain constant with respect to submergence depth. The obtained results show that, generally, a decrease in submergence depth causes an increase in all the forces arising from the velocity components. The results further show that approaching the free surface has a negligible effect on the lateral force and yaw moment generated by the bow and stern regions. Moreover, it is seen that with a decrease in submergence depth, the region between the UV midlength and the aft shoulder is mainly responsible for the increase or decrease in the lateral force and yaw moment acting on the UV hull. It is also observed that, with a decrease in submergence depth, due to an increase in the UV damping characteristics, the dynamic stability increases remarkably, which leads to a decrease in the UV maneuverability.
Keywords: Efeito de superfície livre
Veículo subaquático.
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Oct-2018
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Oceânica

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
MojtabaMaaliAmiri-min.pdf2.54 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.