پایداری دینامیکی رول ربات خودکار زیرآبی با فرم بدنه شبه ماهی

ربات خودکار زیرآبی طراحی و ساخته شده با فرم بدنه نوین شبه ماهی برای هدف بازرسی خطوط لوله و کابل زیردریا مورد ارزیابی هیدرودینامیکی قرار گرفته است. افزایش پایداری دینامیکی ربات های بازرس زیرآبی علاوه بر کاهش مصرف انرژی به دلیل افزایش قابلیت حفظ مسیر حرکت ربات، موجب تسهیل در کنترل رفتار دینامیکی آن در محیط پراغتشاش اعماق دریا با توجه به وجود جریان های دریایی می شود. انحراف از مسیر اصلی به علت ناپایداری دینامیکی زاویه ای حول محور طولی یا رول، یک پدیده نامطلوب دینامیکی برای ربات های زیرآبی است. پس از بیان معادلات حرکت حاکم بر وسیله، گشتاور هیدرودینامیکی وارد بر بدنه از طرف جریان سیال آب با مدلسازی عددی در دینامیک سیالات محاسباتی استخراج شده است. ربات به عنوان جسم صلب و جریان اطراف آن به صورت پایا و تراکم ناپذیر فرض شده است. با بیان ارتباط خطی بین گشتاور هیدرودینامیکی و سرعت زاویه ای جریان، ضریب هیدرودینامیکی خطی بازدارنده یا میرایی مورد نیاز محاسبه شده است. به کمک ضریب هیدرودینامیکی بازدارنده استخراج شده، پایداری دینامیکی ربات حول محور طولی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای اطمینان از صحت نتایج، یافته های پژوهش حاضر با داده های آزمایشگاهی بدنه متقارن محوری متعلق به دپارتمان هیدرودینامیک کشتی مرکز تحقیقات دیوید تیلور مقایسه شده است؛ یافته های عددی تطابق خوبی را با آزمایش نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که پایداری دینامیکی رول برای ربات با فرم بدنه پیشنهادی با مقطع مثلثی در این مقاله 10 برابر بیشتر از ربات های با فرم بدنه رایج متقارن محوری با مقطع دایروی است.