• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권1호
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• pp.584-596
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• 2019

This paper presents a Modified Adaptive Complementary Sliding Mode Control (MACSMC) system for the longitudinal motion control of the Fully-Submerged Hydrofoil Craft (FSHC) in the presence of time varying disturbance and uncertain perturbations. The nonlinear disturbance observer is designed with less conservatism that only boundedness of the derivative of the disturbance is required. Then, a complementary sliding mode control system combined with adaptive law is designed to reduce the bound of stabilization error with fast convergence. In particularly, the modified complementary sliding mode surface which contains the estimation of the disturbance can reduce the switching gain and retain the normal performance of the system. Moreover, a hyperbolic tangent function contained in the control law is utilized to attenuate the chattering of the actuator. The global asymptotic stability of the closed-loop system is demonstrated utilizing the Lyapunov stability theory. Ultimately, the simulation results show the effectiveness of the proposed approach.

• 한국항만학회지
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• 제13권1호
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• pp.167-174
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• 1999

Numerical analysis of two-fluid flows for both water and air is carried out. Free-Surface flows with an arbitrary deformation have been simulated around two dimensional submerged hydrofoil. The computation is performed using a finite volume method with unstructured meshes and an interface capturing scheme to determine the shape of the free surface. The method uses control volumes with an arbitrary number of faces and allows cell-wise local mesh refinement. the integration in space is of second order based on midpoint rule integration and linear interpolation. The method is fully implicit and uses quadratic interpolation in time through three time levels The linear equation systems are solved by conjugate gradient type solvers and the non-linearity of equations is accounted for through picard iterations. The solution method is of pressure-correction type and solves sequentially the linearized momentum equations the continuity equation the conservation equation of one species and the equations or two turbulence quantities.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제14권7호
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• pp.789-795
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• 2000

Free-surface flows with an arbitrary deformation, induced by a submerged hydrofoil, are simulated numerically, considering two-fluid flows of both water and air. The computation is performed by a finite volume method using unstructured meshes and an interface capturing scheme to determine the shape of the free surface. The method uses control volumes with an arbitrary number of faces and allows cell wise local mesh refinement. The integration in space is of second order, based on midpoint rule integration and linear interpolation. The method is fully implicit and uses quadratic interpolation in time through three time levels. The linear equations are solved by conjugate gradient type solvers, and the non-linearity of equations is accounted for through Picard iterations. The solution method is of pressure-correction type and solves sequentially the linearized momentum equations, the continuity equation, the conservation equation of one species, and the equations for two turbulence quantities. Finally, a comparison is quantitatively made at the same speed between the computation and experiment in which the grid sensitivity is numerically checked.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권4호
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• pp.443-450
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• 2014

본 연구에서는 수중익 배치와 종모멘트 특성이 전몰형 수중익선의 종방향 운동 안정성에 미치는 영향에 대하여 Tandem 수중익 모형의 시험을 통하여 고찰한다. 먼저, Canard 날개배치를 가지는 Tandem 수중익 모형을 제작하고 수중익의 양력 및 항력 계측 실험을 수행하여 양력 및 항력 특성을 평가하였다. 또한 종방향 운동의 초기 안정성과 자기 안정성을 가지는 Tandem 수중익 모형의 날개 배치를 결정하였다. Tandem 수중익 모형의 종안정성 시험에서는 선수 및 선미 수중익의 종방향 간격 변화와 종모멘트의 자기안정성 변화에 따른 Pitch 및 Heave 운동 특성, 익주 상태의 종안정성을 평가하였다. 먼저, Canard 날개배치를 가지는 Tandem 수중익 모형을 제작하고 수중익의 양력 및 항력 계측 실험을 수행하여 양력 및 항력 특성을 평가하였다. 또한 종방향 운동의 초기 안정성과 자기 안정성을 가지는 Tandem 수중익 모형의 날개 배치를 결정하였다. Tandem 수중익 모형의 종안정성 시험에서는 선수 및 선미 수중익의 종방향 간격 변화와 종모멘트의 자기안정성 변화에 따른 Pitch 및 Heave 운동 특성, 익주 상태의 종안정성을 평가하였다. 실험 수행 결과 본 연구의 주요 결론의 다음과 같다. 종 모멘트 자기 안정성이 클수록 주어진 고정 pitch 각에서 pitch운동에 대한 자기안정성이 높다. 다음 종모멘트 자기 안정성이 클수록, pitch각도 변화에 따른 pitch운동 및 heave운동의 변동 폭이 상대적으로 작으며 종방향 안정성이 우수하다. 마지막으로 종모멘트 자기안정성이 클수록, 수중익 양력이 동일한 경우, Tandem 수중익의 안정적인 익주를 위해서는 충분한 종모멘트의 자기안정성을 확보하는 것이 필수적인 것을 시험을 통하여 확인하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제26권5호
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• pp.40-46
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• 2012

This paper considers a two-dimensional hydrofoil that is fully submerged and oscillating with forward speed. The flow field is assumed to be a propagating vertical velocity field. Using the perturbation theory, the problem is linearized, and the leading-order lift force is surveyed. The thrust force is analytically derived as the second-order horizontal force. As an example, the lift and thrust for a flapping flat plate in heaving and pitching modes are analyzed. The parameters affecting the thrust are listed. The thrust is expressed in terms of the quadratic transfer functions in relation to the disturbances. The quadratic transfer functions are studied parametrically to assess the most favorable thrust.

• 대한조선학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.37-44
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• 2000

수면 하에서 정속으로 움직이는 MACA0012 수중익에 의하여 생성되는 정상파 및 쇄파에 대한 실험적 연구를 회류수조에서 수행하였다. 실린더의 몰수깊이에 따른 자유표면 파형을 관측하였고, PIV를 이용하여 수중익과 자유표면 사이 유동장의 순간속도와 평균속도를 계측한 후 와도분포를 구하였다. 쇄파의 발생, 전개 그리고 소멸과정을 조사하였고, 특히 자유표면 부근의 와류 구조와 같은 복잡 순간유동장의 가시화를 통하여 수중익과 쇄파 간의 상호작용을 해석하고자 하였다. 본 실험으로 PIV 계측기법은 조선해양공학의 다양한 연구분야에 훌륭히 적용될 수 있음을 보았고 더욱이 정량적인 해석이 필요한 실험에도 사용이 가능함을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.29-40
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• 1993

본 연구는 정수면으로 부터 얕게 잠겨 항주하는 3차원 수중익에 의한 비선형 조파현상의 특성규명을 위한 기초연구로서 수중익이 예인수조안에서 일정속도로 항주할 때 자유표면에 발생하는 비선형 파형의 특성과 수중익에 작용하는 유체력을 계산하기 위한 수치해법의 개발을 목적으로 하였다. 수치해법으로는 변분원리에 기초한 유한요소법올 사용하였으며 수중익 근처에서는 비선형 자유표면조건을 엄밀하게 만족시켰고 수중익으로 부터 충분히 떨어진 영역에서는 종래의 선형화된 자유표면 경계조건을 만족시켰다. 수치해법의 계산효율을 높이기 위하여 비선형영역과 선형영역 사이에 인위적인 비선형-선형 완충영역을 도입하여 계산영역을 크게 줄였다. 수중익을 간단한 직사각형 보오텍스계로 표현하여 유속과 몰수길이, 보오텍스의 세기 및 분포의 변화에 따른 비선형 파형의 특성을 조사하였으며 특히 자유 보오텍스선이 비선형 파형에 미치는 영향을 파악하였다. 파동에 의하며 수중익에 유기되는 속도성분들의 크기 및 분포, 양력 및 유기항력에 대한 계산을 수행하여 자유표면의 비선형성에 의한 영향을 규명하였다.