• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제9권6호
• /
• pp.693-704
• /
• 2017

Blended-Wing-Body Underwater Glider (BWBUG), which has excellent hydrodynamic performance, is a new kind of underwater glider in recent years. In the shape optimization of BWBUG, the lift to drag ratio is often used as the optimization target. However this results in lose of internal space. In this paper, the energy reserve is defined as the direct proportional function of the internal space of BWBUG. A motion model, which relates gliding range to steady gliding motion parameters as well as energy consumption, is established by analyzing the steady-state gliding motion. The maximum gliding range is used as the optimization target instead of the lift to drag ratio to optimizing the shape of BWBUG. The result of optimization shows that the maximum gliding range of initial design is increased by 32.1% though an Efficient Global Optimization (EGO) process.

• 전기학회논문지
• /
• 제65권12호
• /
• pp.2023-2029
• /
• 2016

This paper addresses a robust controller design technique for a nonlinear underwater glider with disturbances. We consider the buoyancy and pitching moment as control inputs, which generate additional nonlinearity on the plant dynamics. To deal with the nonlinearity, we utilize the optimal linearization technique. The conditions for the optimal linearization and the controller design are formulated in terms of matrix inequalities. The effectiveness of the proposed method is demonstrated through a simulation.

• 한국해양학회지:바다
• /
• 제17권2호
• /
• pp.130-137
• /
• 2012

수중 글라이더는 해양의 수직 물성을 라그랑지안 방식으로 파악하기 위해 새롭게 고안된 관측 플랫폼이다. 한국해양연구원은 2011년 3월 국내 최초로 경북 후포와 울릉 서안까지 177 km의 수평거리를 총 6일(153시간)동안 경로 계획을 통해 자율 잠항관측을 성공하였다. 실험에 사용한 글라이더는 미국 ANT사의 Littoral Glider 였으며, 주관측 센서로는 Applied Microsystem사의 수온 및 음속 센서를 장착하였다. 시험 운항 동안 경로 대상 해역의 수심 5 m에서 200 m까지 매 5초마다의 수온 및 음속 프로파일 총 1408회 취득하였다. 또한 시험 운항 중에 수중 글라이더가 보유하고 있는 다양한 운동모드(정점 수직 관측 모드, 경로 추종 모드, 선수각 유지 모드, 정점 유지 모드, 특정 수심 유지 모드 등)를 시험하였고, 모든 운동모드가 정상적으로 운영됨을 확인하였다. 이번 실해역 조사를 통해, 수중 글라이더는 최대 2노트 이하의 해류 환경 하에서 사용자가 원하는 방향과 심도대로 관측을 수행할 수 있으며, 내부 부력 조절 없이 최대 5 kg의 센서 탑재가 가능함을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제39권7호
• /
• pp.709-715
• /
• 2015

일반적인 무인잠수정과는 달리 수중 글라이더는 별도의 추진체를 가지지 않고 부력과 중력의 차이에 의해서 추진력을 얻게 된다. 추진력을 얻기 위해 부력을 조절하게 되며, 부력의 변화는 부력엔진을 이용하며 수중 글라이더의 체적을 변화시킨다. 또한, 수중 글라이더의 자세를 제어하기 위해 별도의 방향타를 사용하지 않고 내부의 자세제어기를 이용하여 내부 이동질량의 위치변화를 이용한다. 내부 이동질량의 위치변화에 의한 질량중심과 질량관성모멘트의 변화가 발생하게 되며 이로 인해 수중 글라이더의 자세가 변화하게 된다. 본 논문에서는 수중 글라이더의 기구학적 특성과 운동특성을 반영한 비선형 6자유도 운동방정식을 유도하고 이를 이용한 운동 시뮬레이션을 수행하였다. 자세제어기를 이용하여 수중 글라이더의 종동요각과 횡동요각 제어 운동 시뮬레이션을 수행하였으며, 종동요각과 횡동요각 제어에 따른 수중 글라이더의 운동특성을 해석하였다.

• 한국항행학회논문지
• /
• 제26권2호
• /
• pp.105-112
• /
• 2022

본 논문의 무인 수중글라이더는 깊은 수심에서 작동하기 위해 설계되었고, 배터리 효율을 개선하기 위해 블래더 타입의 부력제어기를 채택하였고 내부 이동배터리의 움직임을 이용하여 피치각도를 제어하는 방식을 사용하고 있다. 무인 수중글라이더의 에너지 효율을 증대하기 위해 구간별로 제어를 수행하는 Layered PID 제어기를 설계하였으며, 유체동역학 계수를 포함한 6자유도 운동방정식을 전개하여 Matlab/Simulink 해석 프로그램을 설계하였다. 제어성능과 에너지 효율을 비교하기 위해 PID 제어기, 슬라이딩 모드 제어기 그리고 Layered PID 제어기를 해석 프로그램을 이용하여 비교 분석하였고 Layered PID 제어기가 PID 제어기에 비해 7.2%의 에너지 절감의 성능을 나타내었다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제26권12호
• /
• pp.1890-1897
• /
• 2022

본 논문에서는 수중글라이더용 항법필터 설계를 수행한다. 해양의 염분, 수온 등 해양 정보 획득을 위해서 사용되는 수중글라이더는 저전력으로 장기간 운용이 되기 때문에, 다양한 센서를 적용하기에 많은 제약이 있다. 제한된 수중글라이더의 운용 특성을 고려하여 센서 구성이 다른 두 종류의 위치 추정을 위한 항법 필터를 설계한다. 항법필터는 최소한의 센서출력 정보를 바탕으로 수중글라이더의 동체좌표계 기준 속도를 추정한다. 첫 번째 필터의 센서 구성은 가속도계, 지자계, 심도계 센서로 구성 되어있고, 두 번째 필터는 첫 번째 필터와 동일한 구성에 자이로 센서가 추가된다. 추정된 속도는 자세정보와 융합하여 항법좌표계의 속도정보로 변환 뒤 최종적으로 위치를 추정한다. 제안된 필터의 성능을 분석하기 위해 단일 시뮬레이션 및 몬테카를로 수치해석 기법을 이용하여 분석을 수행하고 수행결과는 표준편차(standard deviation, 1σ)로 분석한다. 각 필터의 위치오차에 대한 표준편차는 334.34, 125.91m이다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제10권6호
• /
• pp.730-740
• /
• 2018

Hydrofoil is the direct component to generate thrust for underwater glider. It is significant to improve propulsion efficiency of hydrofoil. This study optimizes the shape of a hydrofoil using Free-Form Deformation (FFD) parametric approach and Surrogate-based Optimization (SBO) algorithm. FFD approach performs a volume outside the hydrofoil and the position changes of control points in the volume parameterize hydrofoil's geometric shape. SBO with adaptive parallel sampling method is regarded as a promising approach for CFD-based optimization. Combination of existing sampling methods is being widely used recently. This paper chooses several well-known methods for combination. Investigations are implemented to figure out how many and which methods should be included and the best combination strategy is provided. As the hydrofoil can be stretched from airfoil, the optimizations are carried out on a 2D airfoil and a 3D hydrofoil, respectively. The lift-drag ratios are compared among optimized and original hydrofoils. Results show that both lift-drag-ratios of optimized hydrofoils improve more than 90%. Besides, this paper preliminarily explores the optimization of hydrofoil with root-tip-ratio. Results show that optimizing 3D hydrofoil directly achieves slightly better results than 2D airfoil.

• 한국항행학회논문지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.21-29
• /
• 2017

본 논문에서는 고정밀 항로 탐색 기능과 장기 임무 수행 능력이 장점인 하이브리드 수중 글라이더의 제어에 관한 연구를 수행하였다. 하이브리드 수중 글라이더의 동적 모델링은 자세 제어기와 부력 엔진, 추진기의 수치 모델을 기반으로 하였다. 하이브리드 수중 글라이더의 부드러운 제어와 정밀한 항해를 고려하여 제어 시스템을 설계하였다. 물을 흡입 할 수 있는 부력 엔진은 선체의 부력을 제어하도록 설계되었다. 그리고 배터리를 탑재한 질량 이동체는 선체의 피칭 동작을 제어 할 수 있도록 설계되었다. 또한 부력 엔진 및 자세 제어기를 제어하기 위한 제어 시스템이 구성하였다. 성능을 확인하기 위해 제작된 모델을 사용하여 수조 시험을 수행하였다.

• 한국해양학회지:바다
• /
• 제29권1호
• /
• pp.56-76
• /
• 2024

동해에서 수행된 국내 최장기 수중글라이더 운용 및 연속 단면 관측 결과를 보고한다. 본 연구팀은 수중글라이더를 활용하여 2020년 9월 18일부터 12월 21일까지 총 95일 동안 국립수산과학원(NIFS) 정선 관측 106 라인에 거의 일치하는 37.9 °N 위도선을 따라 동경 129.1 °E ~ 131.5 °E 사이를 6회 왕복하는 국내 최초의 연속 물성 단면 관측을 성공리에 수행하였다. 본 수중글라이더는 2020년 9월 18일 129.1 °E 위치에서 투하되어 9월 19일부터 88일간의 비행 관측을 수행하였고, 2020년 12월 15일부터 6일간 129.2 °E 위치에서 위치 제어 유지(Virtual Mooring)후 회수되며 전체 운용을 마무리하였다. 표층부터 800 dbar 수심까지 톱니형태의 궤적을 그리면서 총 수평거리 2550 km를 비행하는 동안 글라이더의 경로 이탈은 RMS 거리 262 m를 벗어나지 않을 정도의 매우 안정적인 경로 추종 모드를 보여줬다. 비행 관측을 통해 획득한 총 12개의 고해상도 물성 횡단면 자료로부터 수온과 염분의 연속적인 변동이 보이는 아중규모 특성을 확인하였고, 국립수산과학원(NIFS)의 격월 선박 관측 자료와 비교함으로써 시공간 해상도 차이에 따른 뚜렷한 특성을 발견하였다. 첫째는 공간 해상도 차이에 따른 결과로 표층 전선역의 세기 및 이동, 수온약층 강화현상 등 아중규모 현상들이 글라이더 횡단면 자료에서만 뚜렷하게 관찰되었다. 이러한 아중규모 구조는 현행 선박 관측 자료의 정점 간격(25 km) 보다 작다는 특징이 있었는데, 동해 내 아중규모 구조의 이해를 위해서는 고해상도 관측이 필요함을 의미한다. 둘째는 시간 해상도 차이에 따른 결과로 글라이더 자료에서 추출한 평균 7일 간격의 수온과 염분 시계열이 대략 6주 주기를 갖는 월중변동(Intramonthly variation) 특성을 보인다는 것과 대략 1주 동안 급격한 관측치의 변동이 나타난다는 것을 확인하였다. 이는 격월 정선 관측 자료에는 확인되지 않는 특징이다. 따라서, 정선 관측해역의 물성 변동을 이해하기 위해서는 선박 관측과 비교하여 상대적으로 비용이 저렴하고 효율적인 글라이더 관측을 통한 보완이 필요하다고 여겨진다. 마지막으로 두 플랫폼 간 관측치의 편차를 확인하였는데, 이러한 편차의 요인을 공간 규모에 기초한 정점의 정의 및 시간 규모에 따른 변동성, 그리고 각 플랫폼의 CTD 측정 장비의 교정 관점에서 논하였다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제10권4호
• /
• pp.439-449
• /
• 2018

In this paper, multi-objective optimization of a multi-bubble pressure cabin in the underwater glider with Blended-Wing-Body (BWB) is carried out using Kriging and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). Two objective functions are considered: buoyancy-weight ratio and internal volume. Multi-bubble pressure cabin has a strong compressive capacity, and makes full use of the fuselage space. Parametric modeling of the multi-bubble pressure cabin structure is automatic generated using UG secondary development. Finite Element Analysis (FEA) is employed to study the structural performance using the commercial software ANSYS. The weight of the primary structure is determined from the volume of the Finite Element Structure (FES). The stress limit is taken into account as the constraint condition. Finally, Technique for Ordering Preferences by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method is used to find some trade-off optimum design points from all non-dominated optimum design points represented by the Pareto fronts. The best solution is compared with the initial design results to prove the efficiency and applicability of this optimization method.