The objective of this study is to investigate flow characteristics of a underwater vehicle by installing pins, using CFD method with a commercial code FLUENT version 6.3.26. To verify the reliability of the computation, the drag is compared the CFD with the experimental test. The drag is increased about 15% by installing 4 pins. At the stern of the body, the turbulent flow is generated by installing pins. Also, the results showed that the drag increase in the stern of the body, not in the pins.
The purposes of this investigation were to determine the validity of various methods (available anthropometric equations and near-infrared light interactance) for estimating body fat and to develop multiple regression equations for the prediction of body fat. Thirty-eight healthy males(age: 20.87$\pm$7.17 yrs) and 12 females(19.58$\pm$2.19 yrs) underwent hydrostatic weighing to determine body fat. Anthropometric measurements were taken of height, weight, nin skinfolds and thirteen circumferences. The results obtained are summarized as follows: 1) Relative body fat determined by underwater weighing was 12.08$\pm$5.21% for the males and 17.97$\pm$5.75% for the females. 2) Circumference and skin fold that had the highest correlation with the body fat were waist girth in males and females(r=0.60, r=0.96, respectively), and subscapular in males(r=0.68) and triceps in females(r=0.96). 3) Corss-validation of 18 selected equations on males revealed total errors ranging from 3.76% to 5.06%. Among these equations, M3(Pollock et al.) demonstrated the least total error. Total error of estimation by near-infrared(NIR) was less than that of available anthropometric measurement equations. The results of the cross-validation of 12 equations on females revealed that F3(Sloan et al.) was clearly superior in accuracy of prediction. 4) Correlational analyses showed that estimation of body fat by NIR measurement seemed to be more closely associated with body fat determined by underwater weighing in women than men, in older subjects than younger ones, and in fatter subjects than leaner ones.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권5호
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pp.888-905
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2015
For Super-Cavitating Underwater Vehicles (SCUV), the numerical analyses and experiments in a large cavitation tunnel are carried out at relatively large Reynolds numbers. The numerical results agree well with experiments and the drag coefficient of SCUV is rarely changed by the Reynolds number. As the cavitation number is decreased, the cavity occurs and grows, the cavitator drag decreases and the body drag is affected by the degree of covering the body with the cavity. The tunnel effects, i.e. the blockage and the friction pressure drop of the tunnel, on the drag and the cavitation of SCUV are examined from the numerical results in between the tunnel and unbounded flows. In the tunnel, a minimum cavitation number exists and the drag of SCUV appears larger than that in unbounded flow. When the super-cavity covers the entire body, the friction drag almost disappears and the total drag of SCUV can be regarded as the pressure drag of cavitator.
A supercavitation is modern technology that can be used to reduce the frictional resistance of the underwater vehicle. In the process of reaching the supercavity condition which cavity envelops whole vehicle body, a vehicle passes through transition phase from fully-wetted to supercaviting operation. During this phase of flight, unsteady hydrodynamic forces and moments are created by partial cavity. In this paper, analytical and numerical investigations into the dynamics of supercavitating vehicle in transition phase are presented. The ventilated cavity model is used to lead rapid supercavity condition, when the cavitation number is relatively high. Immersion depth of fins and body, which is decided by the cavity profile, is calculated to determine hydrodynamical effects on the body. Additionally, the frictional drag reduction associated by the downstream flow is considered. Numerical simulation for depth tracking control is performed to verify modeling quality using PID controller. Depth command is transformed to attitude control using double loop control structure.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.455-467
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2020
Shape design optimization for Blended-wing-body Underwater Gliders (BWBUGs) is usually computationally expensive. In our previous work, a simplified shape optimization (SSO) strategy is proposed to alleviate the computational burden, which optimizes some of the Sectional Airfoils (SAs) instead of optimizing the 3-D shape of the BWBUG directly. Test results show that SSO can obtain a good result at a much smaller computational cost when three SAs are adopted. In this paper, the performance of SSO is investigated with a different number of SAs selected from the BWBUG, and the results are compared with that of the Direct Shape Optimization (DSO) strategy. Results indicate that SSO tends to perform better with more SAs or even outperforms the DSO strategy in some cases, and the amount of saved computational cost also increases when more SAs are adopted, which provides some reference significance and enlarges the applicability range of SSO.
Analysis of fluid-structure interaction for two nearby underwater vehicles immersed in the sea is quite challenging because simulation of flow around them is very difficult due to the complexity of underwater vehicle shapes. The conventional approach using body-fitted or unstructured grids demands much time in dynamic grid generation, and yields slow convergence of solution. Since an analysis of fluid-structure interaction must be based on accurate simulation results, a more efficient way of simulating flow around underwater vehicles, without sacrificing accuracy, is desirable. An immersed boundary method facilitates implementation of complicated underwater-vehicle shapes on a Cartesian grid system. An LES modeling is also incorporated to resolve turbulent eddies. In this paper, we will demonstrate the effectiveness of the immersed boundary method we adopted, by presenting the simulation results on the flow around a modeled high-speed underwater vehicle interacting with a modeled low-speed one.
New applications of streamlined Autonomous Underwater Vehicles require an AUV capable of completing missions with both high-speed straight-line runs and slow maneuvers or station keeping tasks. At low, or zero, forward speeds, the AUV's control surfaces become ineffective. To improve an AUV's low speed maneuverability, while maintaining a low drag profile, through-body tunnel thrusters have become a popular addition to modern AUV systems. The effect of forward vehicle motion and sideslip on these types of thrusters is not well understood. In order to characterize these effects and to adapt existing tunnel thruster models to include them, an experimental system was constructed. This system includes a transverse tunnel thruster mounted in a streamlined AUV. A 6-axis load cell mounted internally was used to measure the thrust directly. The AUV was mounted in Memorial University of Newfoundland's tow tank, and several tests were run to characterize the effect of vehicle motion on the transient and steady state thruster performance. Finally, a thruster model was modified to include these effects.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권3호
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pp.404-413
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2013
In the present study, a towed underwater particle image velocimetry (PIV) system was validated in uniform flow and used to investigate the free-surface effects on the turbulent wake of a simple surface-piercing body. The selected test model was a cylindrical geometry formed by extruding the Wigley hull's waterplane shape in the vertical direction. Due to the constraints of the two-dimensional (2D) PIV system used for the present study, the velocity field measurements were done separately for the vertical and horizontal planes. Using the measured data at several different locations, it was possible to identify the free-surface effects on the turbulent wake in terms of the mean velocity components and turbulence quantities. In order to provide an accuracy level of the data, uncertainty assessment was done following the International Towing Tank Conference standard procedure.
A motion analysis of an underwater towed cable is a complex task due to its nonlinear nature of the problem. The major source of the nonlinearity of the underwater cable analysis is that the motion of the cable involves large rigid-body motion. This large rigid-body motion makes difficult to use standard displacement-based finite element method. In this paper, the authors apply recently developed nodal position-based finite element method which can deal with the geometric nonlinearity due to the large rigid-body motion. In order to enhance the stability of the large-scale nonlinear cable motion simulation, an efficient time-integration scheme is proposed, namely predictor/multi-corrector Newmark scheme. Three different predictors are introduced, and the best predictor in terms of stability and robustness for impulsive cable motion analysis is proposed. As a result, the nonlinear motion of underwater cable is predicted in a very efficient manner compared to the classical finite element of finite difference methods. The efficacy of the method is demonstrated with several test cases, involving static and dynamic motion of a single cable element, and also under water towed cable composed of multiple cable elements.
침수의 경우에, 수중 비행체(UFV : Underwater Flight Vehicle)는 발라스트 탱크들의 내부를 고압 공기로 비워 내어 부상을 수행한다. 동시에, 침수와 부상 순차에 의한 오버슈트 심도를 감소시키기 위해서 제어판과 추진기를 병행하여 사용한다. 그런데, 기존의 전체 고압 공기 blow-off 방법은 가벼운 침수일지라도 부상 후에는 몸체를 수면에 드러나게 한다. 이는 불필요한 임무 실패 또는 몸체 노출의 결과를 가져온다. 따라서, 부상 제어에 의해 오버슈트 심도를 감소시킴과 동시에 몸체를 수면 근처에 유지시키는 것이 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해서 심도 제어에 있어서의 전문가 지식을 확장하는 분해법 및 FBFE(Fuzzy Basis Function Expansion)을 사용하는 적응법에 기초한 적응 부상 제어 알고리즘이 제안되었다. 제안된 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 UFV 부상 제어가 수행되었다. 시뮬레이션 결과는 제안된 알고리즘이 UFV 부상제어 시스템에 존재하는 문제점들을 온라인으로 효과적으로 해결하고 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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