International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.3
no.3
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pp.174-180
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2011
This paper shows added mass and inertia can be acquired from the pure heaving motion and pure pitching motion respectively. A Vertical Planar Motion Mechanism (VPMM) test for the spheroid-type Unmanned Underwater Vehicle (UUV) was compared with a theoretical calculation and Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis in this paper. The VPMM test has been carried out at a towing tank with specially manufactured equipment. The linear equations of motion on the vertical plane were considered for theoretical calculation, and CFD results were obtained by commercial CFD package. The VPMM test results show good agreement with theoretical calculations and the CFD results, so that the applicability of the VPMM equipment for an underwater vehicle can be verified with a sufficient accuracy.
A vertical planar motion mechanism(VPMM) test was used to increase the prediction accuracy for the maneuverability of an underwater glider model. To improve the accuracy of the linear hydrodynamic coefficients, the analysis techniques of a pure heave test and pure pitch test were developed and confirmed. In this study, the added mass and damping coefficient were measured using a VPMM test. The VPMM equipment provided pure heaving and pitching motions to the underwater glider model and acquired the forces and moments using load cells. As a result, the hydrodynamic coefficients of the underwater glider could be acquired after a Fourier analysis of the forces and moments. Finally, a motion control simulation was performed for the glider control system, and the results are presented.
In these days, the world has been increasing navy forces such as aircraft carriers and high-tech destroyers etc. and the importance of submarines is being emphasized. Therefore, accurate values of the derivatives in equations of motion are required to control motion of the submarines. Hydrodynamic derivatives were measured by the vertical planar motion mechanism(VPMM) model test. VPMM equipment gave pure heave and pitch motion respectively to the submarine model and the forces and moments were acquired by load cells. As a result, the hydrodynamic derivatives of the submarine are provided through the Fourier analysis of the forces and moments in this paper.
Park, Jongyeol;Rhee, Shin Hyung;Lee, Sungsu;Yoon, Hyeon Kyu;Seo, Jeonghwa;Lee, Phil-Yeob;Kim, Ho Sung;Lee, Hansol
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.5
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pp.287-296
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2020
The present study aims to improve the accuracy of the maneuvering simulations based on captive model test results. To derive the hydrodynamic coefficients in a self-propelled condition, a mathematical maneuvering model using a whole vehicle model was established. Captive model tests were carried out using the Vertical Planar Motion Mechanism (VPMM) equipment. A motor controller was used to control the constant propeller revolution rate during pure motion tests. The resistance tests, self-propulsion tests, static drift tests, and VPMM tests were performed in the towing tank of Seoul National University. When the vertical drift angle changes, the gravity load on the sensors were changed. The hydrodynamic forces were deduced by subtracting the gravity load from the measured forces. The hydrodynamic coefficients were calculated using the least-square method. The simulation of the turning circle test was compared with the free-running model test result, and the error of the turning radius was 8.3 % compared to the free-running model test.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.843-855
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2020
X-plane submarines show better maneuverability as they have much longer span of control plane than that of cross plane submarines. In this study, captive model tests were conducted to evaluate the maneuverability of an X-plane submarine using Computational Fluid Dynamics (CFD) and a mathematical maneuvering model. For CFD analysis, SNUFOAM, CFD software specialized in naval hydrodynamics based on the open-source toolkit, OpenFOAM, was applied. A generic submarine Joubert BB2 was selected as a test model, which was modified by Maritime Research Institute Netherlands (MARIN). Captive model tests including propeller open water, resistance, self-propulsion, static drift, horizontal planar motion mechanism and vertical planar motion mechanism tests were carried out to obtain maneuvering coefficients of the submarine. Maneuvering simulations for turning circle tests were performed using the maneuvering coefficients obtained from the captive model tests. The simulated trajectory showed good agreement with that of free running model tests. From the results, it was proved that CFD simulations can be applicable to obtain reliable maneuvering coefficients for X-plane submarines.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2023.05a
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pp.151-151
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2023
An accurate prediction of the hydrodynamic maneuvering darivatives is essential to desing a robust control system of a UUV(unmanned underwater vehicle). Typically, these derivatives were estimated by either the towing tank experiment or semi-empirical methods. With the enhancement of high performance computing capacity, a numerical analysis using computational fluid dynamics has reach the level of experiment. Therefore, the aims of the present research are to numerically develop a computational model for the vertical planar motion mechanism of a UUV and to estimate the hydrodynamics loads in 6-DOF. The target structure of the present study was manta type UUV (12meter length). The numerical model was developed in 1/ 6 model scale. Numerical results were compared with the results of the towing tank experiment for validation. In the present study, a commercial RANS-based viscous solver STARCCM+ (ver 17.06) was used.
In these days, the world has been increasing the development of various underwater vehicles such as ROVs (Remotely operated underwater vehicles) and AUVs (Autonomous underwater vehicles). And the importance of submarine's maneuverability is especially being emphasized. Therefore, accurate values of the derivatives in equations of motion are required to control motion of the submarines. The aims of the present study are to experimentally derive Hydrodynamic derivatives derived by the vertical planar motion mechanism (VPMM) model test, and to estimate vertical dynamic stability was estimated by using the linear hydrodynamic derivatives, the hydrodynamic derivatives of the submarine, which have a high propriety, were provided by using the fourier analysis of measured forces and moments. Furthermore it is confirmed that the experimental derivatives shows well agreement with the theoretical estimations, and the dynamic stability of the submarine was estimated as a good state, which implies that the value is greater than zero.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.269-281
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2014
This paper examines the suitability of using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, ANSYS-CFX, as an initial analysis tool for predicting the drag and propulsion performance (thrust and torque) of a concept underwater vehicle design. In order to select an appropriate thruster that will achieve the required speed of the Underwater Disk Robot (UDR), the ANSYS-CFX tools were used to predict the drag force of the UDR. Vertical Planar Motion Mechanism (VPMM) test simulations (i.e. pure heaving and pure pitching motion) by CFD motion analysis were carried out with the CFD software. The CFD results reveal the distribution of hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of the UDR for these motion studies. Finally, CFD bollard pull test simulations were performed and compared with the experimental bollard pull test results conducted in a model basin. The experimental results confirm the suitability of using the ANSYS-CFX tools for predicting the behavior of concept vehicles early on in their design process.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2013.10a
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pp.117-118
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2013
In these days, the world have been increasing navy forces such as aircraft carriers and high-tech destroyers etc. and the importance of submarines is being emphasized. Therefore, accurate values of the derivatives in equations of motion are required to control motion of the submarines. Hydrodynamic coefficients were measured by the vertical planar motion mechanism(VPMM) model test. VPMM equipment gave pure heave and pitch motion respectively to the submarine model and the forces and moments were acquired by load cells. As a result, the hydrodynamic coefficients of the submarine are provided through the fourier analysis of the forces and moments in this paper.
Park, Jeong-Hoon;Shin, Myung-Sub;Jeon, Yun-Ho;Kim, Yeon-Gyu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.99-112
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2021
The prediction of maneuverability is very important in the design process of an underwater vehicle. In this study, we predicted the steady turning ability of a symmetrical underwater vehicle while considering interactions between the yaw rate and drift/rudder angle through a simulation-based methodology. First, the hydrodynamic force and moment, including coupled derivatives, were obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations. The feasibility of CFD results were verified by comparing static drift/rudder simulations to vertical planar motion mechanism (VPMM) tests. Turning motion simulations were then performed by solving 2-degree-of-freedom (DOF) equations with CFD data. The turning radius, drift angle, advance, and tactical diameter were calculated. The results show good agreement with sea trial data and the effects on the turning characteristics of coupled interaction terms, especially between the yaw rate and drift angle.
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