In the present study, two phase flows around a projectile vertically launched from an underwater platform have been numerically investigated by using a three dimensional multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. The relative motion between the platform and projectile was described by six degrees of freedom equations of motion with Euler angles and a chimera technique. The propulsive power of the projectile was modeled as the fluid force acting on the lower surface of the body by the compressed air emitted from the underwater platform. Various flow conditions were considered to analyze the fluid-dynamics motion parameters of the projectile. The water level of platform and the current speed around the projectile were the main parametric variables. The numerical calculations were conducted up to 0.75sec in physical time scale. The dynamics tendency of the projectile was almost identical with respect to the water level variation due to the constant buoyancy term. The moving speed of the projectile along the vertical axis inside the platform decreased when the current speed increased. This is because the inflow from outside of the platform impeded development of the compressed air emitted from the floor surface of the launch platform. As a result, the fluid force acting on the lower surface of the projectile decreased, and injection time of the projectile from the platform was delayed.
Purpose: In order to accurately reach an underwater projectile to a target point, reliable INS and accurate arrangement of INS between master and slave INS is paramount. Unlike terrestrial and aerial environments, underwater projectile will operates in a restricted environment where location information cannot be received or sent through satellites. In this report, we review the factors affecting the transfer alignment of master and slave INS, as well as how to improve the positional error between INS through improved transfer alignment algorithms. Methods: In this work, we propose an improvement algorithm and verify it through simulation and driving test. The simulation confirmed the difference in the transfer alignment azimuth by fitting the MINS and SINS indoors, displacement in posture, and the process of transfer alignment between MINS and SINS through a driving test to confirm algorithm can improve the arrangement. Results: According to this study, reason for the error in the transfer alignment between MINS/SINS is the factors of the system where movements such as roll, pitch, yaw are not inter locked in real time due to the delay in transmit/receive system. And confirm that the improved algorithm has a desirable effect on accuracy. Conclusion: Through this work, it is possible to identify ways to improve the accuracy of underwater projectiles to reach their target points under various underwater environments and launch condition.
When a projectile travels at high speed underwater, supercavitating flow arises, in which a huge cavity is generated behind the projectile so that only the nose, i.e., the cavitator, of the projectile is wetted, while the rest of it should be surrounded by the cavity. In that case, the projectile can achieve very high speed due to the reduced drag. Furthermore if the nose of the body is shaped properly, the attendant pressure drag can be maintained at a very low value, so that the overall drag is also reduced dramatically. In this study, shape optimization technique is employed to determine the optimum cavitator shape for minimum drag, given certain operating conditions. Shape optimization technique is also used to solve the potential flow problem fur any given cavitator, which is a free boundary value problem having the cavity shape as unknown a priori. Analytical sensitivities are derived for various shape parameters in order to implement a gradient-based optimization algorithm. Simultaneous optimization technique is proposed for efficient cavitator shape optimization, in which the cavity and cavitator shape are determined in a single optimization routine.
수중에서 발사체가 고속으로 주행할 때 발사체의 머리 즉, 캐비테이터 만이 물과 접촉한 상태에서 커다란 공동이 발생하여 몸체 전체를 뒤덮는 초공동현상이 발생한다. 초공동 상태에서는 발사체는 저항이 감소되어 매우 빠른 속도를 낼 수 있게 된다. 더욱이 캐비테이터가 적합한 형상을 가지게 되면 매우 낮은 압력저항을 유지하고 전체적인 저항도 획기적으로 줄일 수 있기 때문에 본 연구에서는 주어진 작용환경 하에서 저항을 최소화 하기위한 최적의 캐비테이터 형상최적설계 문제를 고려하였다. 그리고 효율적인 캐비테이터 형상최적화를 위해 공동과 캐비테이터 형상을 하나의 죄적화로 변환한 동시최적화기법을 수행하였다.
In the present study, two phase flows around a projectile vertically launched from an underwater platform have been numerically investigated by using a three dimensional multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. The relative motion between the platform and projectile was described by six degrees of freedom(6DOF) equations of motion with Euler angles and a chimera technique. The propulsive power of the projectile was modeled as the fluid force acting on the lower surface of the body by the compressed air emitted from the platform. Qualitative analysis was conducted for the time history of vapor volume fraction distributions. Uncorking pressure around the projectile and platform was analyzed to predict impact force acting on the surfaces. The results of 6DOF analysis presented similar tendency with the surficial pressure distributions.
When a projectile travels at high speed underwater, supercavitating flow arises, in which a huge cavity is generated behind the projectile so that only the nose, i.e., the cavitator, of the projectile is wetted, while the rest of it should be surrounded by the cavity. In that case, the projectile can achieve very high speed due to the reduced drag. Furthermore if the nose of the body is shaped properly, the attendant pressure drag can be maintained at a very low value, so that the overall drag is also reduced dramatically. In this study, shape optimization technique is employed to determine the optimum cavitator shape for minimum drag, given certain operating conditions. Shape optimization technique is also used to solve the potential flow problem for any given cavitator, which is a free boundary value problem having the cavity shape as unknown a priori. Analytical sensitivities are derived for various shape parameters in order to implement a gradient-based optimization algorithm. Simultaneous optimization technique is proposed for efficient cavitator shape optimization, in which the cavity and cavitator shape are determined in a single optimization routine.
The purpose of the present work is to develop a compressed air discharging system to eject a projectile from the underwater. For the flow analysis of compressed air tank, projectile ejection tube, and pipe system, the air is assumed as an ideal gas, undergoing 1-dimensional axisymmetric, compressible flow, the Fanno flow analysis was applied. The commercial Fluent code was used to solve 3-D Navier-Stokes equation of the internal flow within the valve. The dynamics of the projectile within the ejection tube was assumed 1-degree of freedom. The calculations were performed to four cases of valve opening area ratio, i.e., 25%, 50%, 75%, and 100% opening area, at both depths of 10m and 50m. The results were shown as the figures of time variation of pressure of the compressed air tank and projectile ejection tube. The velocity and distance of the projectile were also predicted.
In this study, the mathematical model of the underwater discharge system using a centrifugal pump was derived and the rotating speed profiles of the pump which satisfied the discharge performance requirements were obtained through the underwater discharge simulations. The simulation results showed that the dynamic characteristics of a projectile were greatly affected by the rotational speed of the pump, however, hardly by the discharge depth. It is anticipated that the simulation model can be used to derive the design parameters and analyze the performance concerning the underwater discharge system using a centrifugal pump.
In this paper, the mathematical model of the underwater discharge system using a linear pump is derived and the suitable opening pattern of a flow control valve which satisfies the discharge performance requirements is obtained through the underwater discharge simulations. The simulation results show that the dynamic characteristics of a projectile are greatly affected by the opening pattern of the flow control valve, however, hardly by the diving depth. It is anticipated that the simulation model can be used to derive the design parameters and analyze the performance of the designed underwater discharge system using a linear pump.
The underwater launch system using an ATP consists of five parts: compressor tank, proportional flow control servo valve, expulsion spool valve, air turbine pump, and discharge tube. The purpose of this study is to develop an underwater launch system using an ATP and to verify the validity of the system. The proportional flow control servo valve is modeled as a 2nd order transfer function. The projectile is ejected by pressurized water through the air turbine pump, which is controlled by expulsion valve. The mathematical model is derived to estimate the dynamic characteristics of the system, and the important design parameters are derived by using simulations. The computer simulation results show the dynamic characteristics and the possibility of control for underwater launch system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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