• 제목/요약/키워드: Underwater Vehicles

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Buckling analysis and optimal structural design of supercavitating vehicles using finite element technology

  • Byun, Wan-Il;Kim, Min-Ki;Park, Kook-Jin;Kim, Seung-Jo;Chung, Min-Ho;Cho, Jin-Yeon;Park, Sung-Han
    • International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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    • 제3권4호
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    • pp.274-285
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    • 2011
  • The supercavitating vehicle is an underwater vehicle that is surrounded almost completely by a supercavity to reduce hydrodynamic drag substantially. Since the cruise speed of the vehicle is much higher than that of conventional submarines, the drag force is huge and a buckling may occur. The buckling phenomenon is analyzed in this study through static and dynamic approaches. Critical buckling load and pressure as well as buckling mode shapes are calculated using static buckling analysis and a stability map is obtained from dynamic buckling analysis. When the finite element method (FEM) is used for the buckling analysis, the solver requires a linear static solver and an eigenvalue solver. In this study, these two solvers are integrated and a consolidated buckling analysis module is constructed. Furthermore, Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm is combined in the buckling analysis module to perform a design optimization computation of a simplified supercavitating vehicle. The simplified configuration includes cylindrical shell structure with three stiffeners. The target for the design optimization process is to minimize total weight while maintaining the given structure buckling-free.

수상 및 수중 운동체의 강인 안정성 해석 및 안정화에 관한 연구 (A Study on the Robust Stability and Stabilization Problem for Marine Vessel)

  • 김영복;최광환
    • 한국항해항만학회지
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    • 제36권5호
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    • pp.379-385
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    • 2012
  • 본 논문에서는 수상 및 수중운동체의 안정성 및 안정화기법에 관해 고찰한다. 선박이 운동을 하게 되면 부가질량이 변하게 되고 대칭인 시스템행렬이 비대칭이 된다. 비대칭성에 따라 시스템의 안정성해석방법도 달라지는데 예를 들어 가속도 피드백을 통해 비대칭요소를 제거하여 대칭으로 변환시키는 것이 가장 대표적인 해석 및 안정화 기법이다. 시스템 모델자체는 어디까지나 모델이기 때문에 대상시스템을 명확하게 수식으로 표현할 수 없으므로 피드백에 의한 비대칭요소를 소거시키는 방법은 타당하지 못하다. 따라서 본 논문에서는 대칭행렬이 비대칭행렬로 변하는 제약에 구애받지 않는, 보다 일반성을 갖는 안정성해석법을 제안하였다. 그리고 시스템 안정성 조건을 행렬부등식으로 변환하여 나타내었다. 이것은 안정성 해석 및 안정화를 위한 제어이득을 효율적으로 계산할 수 있는 방법으로 다양한 제약조건에도 유연하게 대응할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 제안한 기법의 유효성을 검증하였다.

압전복합재 작동기를 이용한 Hull 구조물의 모델링 및 진동제어 (Modeling and Vibration Control of Hull Structure Using Piezoelectric Composite Actuators)

  • 김흥수;손정우;최승복
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제23권1호
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    • pp.9-15
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    • 2010
  • 본 논문에서는 압전복합재 작동기가 표면에 부착된 Hull 구조물의 유한요소모델을 구성하여 동적 특성을 고찰하였으며, 구조물의 진동제어 특성을 평가하였다. Hull 구조물은 양 끝이 닫혀있는 실린더형 쉘 구조물을 고려하였으며, 항공기 동체나 잠수함과 같은 수중 구조물 등의 간단한 모델로 사용될 수 있다. 구조물의 진동제어를 위해 최근 NASA Langley 연구소에서 개발된 압전복합재인 Macro-Fiber Composite(MFC)를 적용하였다. MFC는 압전세라믹 섬유를 이용하여 유연성을 향상시키고, 맞물림 전극을 적용하여 면내 방향에서 큰 압전효과를 구현할 수 있도록 하였다. 유한요소모델을 바탕으로 구조물의 지배방정식을 도출하였으며, 동적 특성을 해석하여 실제 제작된 구조물의 실험결과와 비교 검증하였다. 최적제어 알고리즘을 구성하여 구조물의 진동제어 성능을 평가하였으며, 효과적으로 구조물의 진동을 제어할 수 있음을 확인하였다.

심해 자율무인잠수정 우라시마의 잠항시험에서 취득된 북 구마노 분지 해저 선상지 시스템의 음향 영상 (Acoustic images of the submarine fan system of the northern Kumano Basin obtained during the experimental dives of the Deep Sea AUV URASHIMA)

  • Kasaya, Takafumi;Kanamatsu, Toshiya;Sawa, Takao;Kinosita, Masataka;Tukioka, Satoshi;Yamamoto, Fujio
    • 지구물리와물리탐사
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    • 제14권1호
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    • pp.80-87
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    • 2011
  • 자율무인잠수정은 해수면탐사선에 비해 해저면에 더 가까이 접근할 수 있는 장점을 제공한다. 수심자료, 해저면 물질 정보와 해저면 하부 영상을 얻기 위해서는 자율무인잠수정에 탑재된 다중빔음향즉심기, 해저면영상탐사기 및 천부지층탐사기 등이 유용하게 사용된다. 일본해양연구개발기구는 3000m급 자율무인잠수정 우라시마를 개발하였다. 잠수정의 전력공급용 연료전지시스템의 공학적 개발과 시험과정을 거쳐 우라시마에는 신형 리튬이온전지 시스템이 설치되었다. 잠수정은 초기 공학적인 업무에서 과학적 사용 목적으로 개량되었다. 다양한 과학장비들이 추가되었고 2006년부터 과학적인 목적의 임무수행을 위한 잠항시험이 수행되었다. 2007년 시험운항에서 일본 기이반도 해역 북구마노분지 부근에서 우라시마의 해저면영상탐사기와 천부지층탐사기를 이용하여 고해상 음향영상자료를 획득하였다. 후방산란강도 도면에서는 많은 암설류가 확인되었고, 천부지층탐사단면에서 연구해역의 북동쪽 끝 부근의 하부구조가 확인되었다. 이러한 특징은 최신 선상지의 형성과 관련된 구조를 암시한다. 그러나 남서 해역에서는 해저면 하부 ~20 ms 부근에서 강한 반사층이 존재하는데, 이는 삭박특징으로 해석되며 현재는 더 젊은 해저 퇴적물로 덮여있다. 잠수정의 성능은 지속적으로 향상되고, 우라시마를 활용하여 많은 유용한 결과가 얻어질 것으로 기대된다.

Interactive Navigational Structures

  • Czaplewski, Krzysztof;Wisniewski, Zbigniew
    • 한국항해항만학회:학술대회논문집
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    • 한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.1
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    • pp.495-500
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    • 2006
  • Satellite systems for objects positioning appeared indispensable for performing basic tasks of maritime navigation. Navigation, understood as safe and effective conducting a vehicle from one point to another, within a specific physical-geographical environment. [Kopacz, $Urba{\acute{n}}ski$, 1998]. However, the systems have not solved the problem of accessibility to reliable and highly accurate information about a position of an object, especially if surveyed toward on-shore navigational signs or in sea depth. And it's of considerable significance for many navigational tasks, carried out within the frameworks of special works performance and submarine navigation. In addition, positioning precisely the objects other than vessels, while executing hydrographical works, is not always possible with a use of any satellite system. Difficulties with GPS application show up also while positioning such off-lying dangers as wrecks, underwater and aquatic rocks also other naturaland artificial obstacles. It is caused by impossibility of surveyors approaching directly any such object while its positioning. Moreover, determination of vessels positions mutually (mutual geometrical relations) by teams carrying out one common tasks at sea, demands applying the navigational techniques other than the satellite ones. Vessels'staying precisely on specified positions is of special importance in, among the others, the cases as follows: - surveying vessels while carrying out bathymetric works, wire dragging; - special tasks watercraft in course of carrying out scientific research, sea bottom exploration etc. The problems are essential for maritime economy and the Country defence readiness. Resolving them requires applying not only the satellite navigation methods, but also the terrestrial ones. The condition for implementation of the geo-navigation methods is at present the methods development both: in aspects of their techniques and technologies as well as survey data evaluation. Now, the classical geo-navigation comprises procedures, which meet out-of-date accuracy standards. To enable meeting the present-day requirements, the methods should refer to well-recognised and still developed methods of contemporary geodesy. Moreover, in a time of computerization and automation of calculating, it is feasible to create also such software, which could be applied in the integrated navigational systems, allowing carrying out navigation, provided with combinatory systems as well as with the new positioning methods. Whereas, as regards data evaluation, there should be applied the most advanced achievements in that subject; first of all the newest, although theoretically well-recognised estimation methods, including estimation [Hampel et al. 1986; $Wi{\acute{s}}niewski$ 2005; Yang 1997; Yang et al. 1999]. Such approach to the problem consisting in positioning a vehicle in motion and solid objects under observation enables an opportunity of creating dynamic and interactive navigational structures. The main subject of the theoretical suggested in this paper is the Interactive Navigational Structure. In this paper, the Structure will stand for the existing navigational signs systems, any observed solid objects and also vehicles, carrying out navigation (submarines inclusive), which, owing to mutual dependencies, (geometrical and physical) allow to determine coordinates of this new Structure's elements and to correct the already known coordinates of other elements.

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