The authors performed the underwater explosion analysis for the liquified oxygen tank - a kind of fuel tank of a mid-size submarine, and tried to verify the structural safety for this structure. First, the authors reviewed the theory and application of underwater explosion analysis, using a Structure-Fluid Interaction technique and its finite element modeling scheme. Next, the authors modeled the explosive and sea water as fluid elements, the LOX tank as structural elements, and the interface between the two regions as the ALE scheme. The effect on shock pressure and impulse of fluid mesh size and shape are also investigated. Upon analysis, it was found that the shock pressure due to explosion propagated into the water region, and hit the structure region. The plastic deformation and the equivalent stress were apparent at the web frame and the shock mount of LOX structure, but these values were acceptable for the design criteria.
Kim, Hyoung-Tae;Choi, Eun-Ji;Knag, Kyung-Tae;Yoon, Hyun-Gull
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.56
no.4
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pp.298-307
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2019
The evolution of the cavity and the variation of the drag for an underwater body with control fins are investigated through a numerical analysis of the steady cavitating turbulent flow. The continuity and the steady-state RANS equations are numerically solved using a mixture fluid model for calculating the multiphase turbulent flow of air, water and vapor together with the SST $k-{\omega}$ turbulence model. The method of volume of fluid is applied by the use of the Sauer's cavitation model. Numerical solutions have been obtained for the cavity flow about an underwater body shaped like the Russian high-speed torpedo, Shkval. Results are presented for the cavity shape and the drag of the body under the influence of the gravity and the free surface. The evolution of the cavity with the body speed is discussed and the calculated cavity shapes are compared with the photographs of the cavity taken from an underwater launch experiment. Also the variation of the drag for a wide range of the body speed is investigated and analyzed in details.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.05a
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pp.139-143
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2001
Ring-stiffened cylinders are widely used as the pressure hull of submarines and underwater vehicles. For large ring-stiffened cylinders cylindrical shells are fbricated by cold rolling of flat plates and then welding of curved shells. After forming cylinders ring-stiffeners are welded on th the cylinders. Due to these cold roiling and welding initial shape imperfections and residual stresses exists in fabricated ring-stiffened cylinders. It is well known that the initial shape and material imperfections affect the ultimate strength of ring-stiffened cylinders significantly. In this paper previous researches on the effects of initial shape imperfections and residual stresses are briefly reviewed Recently a numerical analysis computer program was developed to predict the ultimate strength of ring-stiffened cylinders subjected to hydrostatic pressure, which is based on the Dynamic Relaxation technique. This program was employed to numerically investigate those effects. The numerical predictions were substantiated with relevant experimental results.
This paper proposes the Focused beamforming to estimate the location of target residing near to the observation platform in the underwater environment. The Focused beamforming technique provides the location of target by the coherent summation of a series of incident spherical waveforms considering distinct propagation delay times at the sensor array. But due to the movement of the observation platform and the variation of the underwater environment, the shape of the sensor array is no longer to be linear but it becomes distorted as the platform moves. Thus the Focused beamforming should be peformed regarding to the geometric shape variation at each time. To estimate the target location, the artificial image plane comprised of cells is constructed, and the delays are calculated from each cell where the target could be proximity to sensors for the coherent summation. After the coherent combining, the beam pattern can be obtained through the Focused beamforming on the image plane. Futhermore to compensate the variation of the shape of the sensor array, the paper utilizes the Nth-order polynomial approximation to estimate the shape of the sensor array obeying the water pulley modeling. Simulation results show the performance of the Focused beamforming for different frequency bands of the radiated signal.
Bae, Ho Seuk;Kim, Won-Ki;Kim, Woo Shik;Choi, Sang Moon
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.34
no.6
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pp.487-492
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2015
A short-range underwater target detection and identification techniques using mid- and high-frequency bands have been highly developed. However, nowadays the long-range detection using the low-frequency band is requested and one of the most challengeable issues. The waveform inversion technique is widely used and the hottest technology in both academia and industry of the seismic exploration. It is based on the numerical analysis tool, and could construct more than a few kilometers of the subsurface structures and model-parameters such as P-wave velocity using a low-frequency band. By applying this technique to the underwater acoustic circumstance, firstly application of underwater target detection is verified. Furthermore, subsurface structures and it's parameters of the war-field are well reconstructed. We can confirm that this technique greatly reduces the false-alarm rate for the underwater targets because it could accurately reproduce both the shape and the model-parameters at the same time.
This paper presents the dynamic model of an AUV called HW200 for underwater surveillance. The mathematical model of HW200 is briefly introduced, considering its shape. The maneuvering coefficients were initially estimated using empirical formulas and a database of vehicles with similar shapes. A motion simulator, based on Simulink of Mathworks, was developed to evaluate the mathematical model of the vehicle and to tune the maneuvering coefficients. The parameters were finely tuned by comparing the experimental results and simulated responses generated with the simulator by applying the same control inputs as the experiment. The velocity of HW200 in the tuning process was fixed at a constant forward speed of 1.83 m/s. Simulations with variable speed commands were conducted, and the results showed good consistency in the motion response, attitude, and velocity of the vehicle, which were similar to those of the experiment even under the speed variation. This paper also discusses the feasibility of its application to a model-based integrated navigation system (INS) using the auxiliary information on the velocities generated by the model.
For underwater steel structure, cut that underwater shaped charge device that combines a spring hose, which is an external device of pressure resistance and flexibility with flexible shaped charge, was invented. As a basic experiment for an optimum condition design, an penetration performance was compared by external device shape. To evaluate the result of an experiment, image analysis was carried out after obtaining the model by using the liquid rubber for the penetrated steel plate. To simulate the penetrating process of shaped charge, the AUTODYN program has been used. As a result of analysis, while the average penetration depth of circular and square shaped external devices were similar, the penetration quality was more uniform in the case of circle. In addition, water infiltration occurred in square case, displacement and strain rate according to the increase of the water pressure were measured high.
A active magnetic sensor has been widely used in the underwater guided weapon system because it is able to detect a target accurately in close range, but the target doesn't have any good countermeasure to overcome the threat from the active magnetic sensor. Recently, in order to increase the damage area of target by shock wave with explosion of the underwater weapon system and to detect small target, the maximum target detection range of the active magnetic sensor needs to be increased. One method for improving maximum target detection range is to improve output power from transmitter through demagnetization factor minimization of a transmitting core. Thus, in this paper, we describe the study results on the transmitter core shape design to enhance output power of the active magnetic sensor.
Autonomous Underwater Vehicles (AUV's) provide an important means for collecting detailed scientific information from the ocean depths. The hull resistance of an AUV is an important factor in determining the power requirements and range of the vehicle. This paper describes a design method that uses Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the hull resistance of an AUV under development. The CFD results reveal the distribution of the hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of an AUV with a ducted propeller. This paper also discusses the optimization of the AUV hull profile to reduce the total resistance. This paper demonstrates that shape optimization in a conceptual design is possible by using a commercial CFD package. Optimum design work to minimize the drag force of an AUV was carried out, for a given object function and constraints.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.3
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pp.206-221
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2015
Supercavitation is a modern technique which can be used to surround an underwater vehicle with a bubble in order to reduce the resistance of the vehicle. When the vehicle is at low speed in the deep sea, the cavitation number is relatively big and it is difficult to generate a cavity large enough to envelope the vehicle. In this condition, the artificial cavity, called ventilated cavity, can be used to solve this problem by supplying gas into the cavity and can maintain supercavitating condition. In this paper, a relationship between the ventilation gas supply rate and the cavity shape is determined. Based on the relationship a ventilation rate control is developed to maintain the supercavitating state. The performance of the ventilation control is verified with a depth change control. In addition, dynamics modeling for the supercavitating vehicle is performed by defining forces and moments acting on the vehicle body in contact with water. Simulation results show that the ventilation control can maintain the supercavity of an underwater vehicle at low speed in the deep sea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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