• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2023.05a
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• pp.151-151
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• 2023

An accurate prediction of the hydrodynamic maneuvering darivatives is essential to desing a robust control system of a UUV(unmanned underwater vehicle). Typically, these derivatives were estimated by either the towing tank experiment or semi-empirical methods. With the enhancement of high performance computing capacity, a numerical analysis using computational fluid dynamics has reach the level of experiment. Therefore, the aims of the present research are to numerically develop a computational model for the vertical planar motion mechanism of a UUV and to estimate the hydrodynamics loads in 6-DOF. The target structure of the present study was manta type UUV (12meter length). The numerical model was developed in 1/ 6 model scale. Numerical results were compared with the results of the towing tank experiment for validation. In the present study, a commercial RANS-based viscous solver STARCCM+ (ver 17.06) was used.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.05a
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• pp.244-248
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• 2009

본 논문에서는 만타형상의 무인잠수정의 운동성능과 제어기설계에 대한 성능을 확인하기 위한 수학모델을 정립하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 본 논문에 사용된 수학모델은 6자유도 운동방정식을 이용하여 Matlab / Simulink를 이용하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 만타형상무인잠수정(Manta-type unmanned underwater test vehicle)의 동역학적 운동성능을 해석하였으며, 무인잠수정의 제어성능을 해석하기 위하여 PID(비례-미분-적분)제어기와 슬라이딩모드(Sliding mode)제어기를 설계하여 만타형상무인잠수정의 제어 성능을 해석하였다. 설계된 제어기는 무인잠수정의 수심제어와 방향각제어에 사용되었다. 설계된 제어기의 성능을 확인하기 위하여 미국 해군대학원(Naval Postgraduate School)의 AUV II와 비교하였다. 설계된 수심제어와 방향각 제어기를 이용하여 만타형무인잠수정의 설계 목표에 부합하는 항해제어시뮬레이션을 실시하였다.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.44 no.3 s.153
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• pp.323-331
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• 2007

Proposed Manta-type Unmanned Undersea Vehicle(UUV) turned out to have the tendency of dynamic instability in vertical plane, and moreover to have that of so strong dynamic stability in horizontal plane as to cause another problem in turning motion due to negative value of sway damping lever. The authors discussed the changes in appendage design for improvement of dynamic stability of UUV in vertical and horizontal planes. As a result, the dynamic stability in vertical plane was improved by increasing the area of horizontal stern planes. and the dynamic stability in horizontal plane was also improved by removal of lower vertical plate and by adjusting the area and position of upper vertical plate simultaneously.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11b
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• pp.688-691
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• 2010

본 논문에서는 이전에 개발된 만타형 무인 잠수정의 수학적 모델을 기초로 하여 모델 불확실성과 외란이 존재하는 경우에 강인한 제어 성능을 나타낼 수 있는 강인 제어기를 설계하였다. 제어기 설계는 수심 제어와 방향 제어로 분리하여 수행하였고, 이를 위하여 6자유도의 수학적 운동 방정식을 수심 및 방향 제어를 위한 운동 방정식으로 각각 표현하였다. 운동 방정식에 나타나는 유체력 계수에 불확실성이 존재하고 운항 중 발생하는 조류등을 외란이 존재하는 것으로 생각하고 강인 제어기를 설계하였다. 강인 제어기의 전체적인 구조는 백스테핑 방법을 사용하였고, 모델 불확실성과 조류를 외란으로 가정하여 외란의 영향을 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 $L_2$-gain 분석 개념을 이용하였다. 시뮬레이션은 제어기 설계에 사용된 유체력 계수에 실제값과 차이를 주었고, 조류의 모델을 포함시켜 수행하였다. 시뮬레이션 결과는 모델 불확실성과 외란의 존재하는 경우에도 제어 성능에 큰 변화가 나타나지 않는 것을 보여 주었다.

• Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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• 2005.11a
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• pp.216-217
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• 2005

This paper presents an integrated navagation control concept for underwater vehicles under high speed navigation circumstance. First of all, in order to control an underwater vehicle with respect to automatic navigation, an integrated navigation control method is suggested in view of synchronous control for course keeping, diving and depth control. An exact nonlinear model equation with six-degree-of-freedom is derived for control algorithm. To identify various hydrodynamic coefficients of the equation, an experimental approach is introduced and results are demonstrated for MANTA type model.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• v.12 no.1
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• pp.892-901
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• 2020

We used a numerical method to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for the heave-pitch coupling motion of an underwater glider. It is very important to assess the hydrodynamic maneuvering characteristics of a specific hull form of an underwater glider in the initial design stages. Although model tests are the best way to obtain the derivatives, numerical methods such as the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method are used to save time and cost. The RANS method is widely used to estimate the maneuvering performance of surface-piercing marine vehicles, such as tankers and container ships. However, it is rarely applied to evaluate the maneuvering performance of underwater vehicles such as gliders. This paper presents numerical studies for typical experiments such as static drift and Planar Motion Mechanism (PMM) to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for a Ray-type Underwater Glider (RUG). A validation study was first performed on a manta-type Unmanned Undersea Vehicle (UUV), and the Computational Fluid Dynamics (CFD) results were compared with a model test that was conducted at the Circular Water Channel (CWC) in Korea Maritime and Ocean University. Two different RANS solvers were used (Star-CCM+ and OpenFOAM), and the results were compared. The RUG's derivatives with both static drift and dynamic PMM (pure heave and pure pitch) are presented.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11b
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• pp.546-550
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• 2010

무인잠수정이 원하는 경로를 추종할 수 있도록 안정적인 운항제어를 수행하기 위해서는 잠수정의 동역학적 특성을 정확히 파악하는 것이 필요하다. 수중에서 거동하는 무인잠수정의 동역학적 특성은 제어입력뿐만 아니라 유체력계수에 의해 주로 결정되므로, 이러한 계수값을 정확하게 아는 것이 중요한 요소라 할 수 있다. 일반적으로 유체력계수는 PMM 시험과 같은 실험적 방법을 통하여 얻게 되지만 실험방법의 어려움과 실험장비들의 부정확성으로 인한 오차에 의하여, 얻어진 값들의 신뢰성이 많이 저하된다. 계수값들을 구할 수 있는 다른 방법으로는, 확장칼만필터 등과 같은 모델기반 추정 알고리즘을 통하여 유체력계수를 추정하는 것이다. 본 논문에서는 확장칼만필터를 이용하여 유체력계수를 추정하도록 하였으며, 설계된 추정 알고리즘의 성능을 검증하기 위하여 기존에 수행된 PMM 시험에 의해 얻어진 유체력계수의 실험값과 비교 분석하였다. 또한 본 논문에서는 만타형 무인잠수정을 이용하여 원하는 경로를 추종할 수 있도록, 추정된 유체력계수를 사용하여 수심제어 및 방향제어를 위한 슬라이딩 모드 제어기를 설계하였으며, 충분한 정확도를 가지고 원하는 경로를 추종함을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.