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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 邱逢琛 | |
dc.contributor.author | Hsin-Hung Chen | en |
dc.contributor.author | 陳昕竑 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-17T04:25:29Z | - |
dc.date.available | 2020-08-16 | |
dc.date.copyright | 2018-08-16 | |
dc.date.issued | 2018 | |
dc.date.submitted | 2018-08-15 | |
dc.identifier.citation | [1] 邱逢琛, 劉韋群, “應用模組化數學模式之潛艦操船模擬系統之研發”, 台灣大學工程科學及海洋工程系碩士論文,2015年6月
[2] 邱逢琛, 張佑鴻, “潛艦運動數學模式之建構與模擬”. 2006, NTU-ESOE Tech. Rept. 856. [3] 邱逢琛, 林守毅, “潛體流體動力係數之拘束船模試驗分析”. 2005, NTU-ESOE Tech. Rept. 821. [4] Forng-Chen Chiu, Ming Feng Guo, Jenhwa Guo, Seung-Keon Lee, Modular Modeling of Maneuvering Motions of an Underwater Glider. 2008, MTS/IEEE OCEANS. 08. [5] Robert J. Boswell, Design, Cavitation Performance, and Open-water Performance of a Series of Research Skewed Propellers. 1971, NSRDC Report 3339. [6] Jones, P.D., Tugboat Response in the Presence of Hydrodynamic Interaction. 1981, MIT Ocean Engineering Thesis. [7] ANSYS, ANSYS FLUENT User’s Guide. Release 14.0 ed, ANSYS, Inc. [8] Fuyou Xu, Xuyong Ying and Zhe Zhang, Prediction of unsteady flow around a square cylinder using RANS. 2011, Applied Mechanics and Materials, vol. 52-54. [9] B.E Launder, D.B Spalding, Lectures in Mathematical Models of Turbulence. 1972, Academic Press, London. [10] C.E. Brennen, A Review of Added Mass and Fluid Inertial Forces. 1982, Naval Civil Engineering Laboratory Report CR82.010 | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/70300 | - |
dc.description.abstract | 本研究以張祐鴻、劉韋群碩士所建立的潛艦全潛航操船運動模擬系統為基礎,擴增潛艦浮航及下潛轉移的操船運動模擬功能;本系統透過模組化的數學模型建構,將潛艦分拆為胴體、帆罩、艏翼、艉翼、舵、螺槳,以及數個水櫃等部件,探討分析各部件流體動力效應,最終,運動方程式組合各部件性能及交互作用,以逐時積分法求解潛艦六自由度運動。
潛艦全潛航的運動狀態,其整體的浮力為定值,此時,也可將各部件所受的流體動力視為定值。若要考量潛艦從浮航狀態出港、下潛至全潛航乃至上浮的操作過程,則需要擴充考慮水面航行的操船性能、下潛轉變過程中流體動力係數的變化,以及穩度分析等問題。因此本研究針對這些部分,進行各部件在不同吃水深度時,所受的流體動力係數和不同姿勢下的浮心位置之估算,以及水櫃進水使潛艦下潛的重心轉移;再透過雙變數內插、線性與非線性內插等方法,將這些逐時估算結果納入操船模擬系統中進行操船運動模擬。 本研究完成的系統擴充,可以完整呈現潛艦浮航及下潛轉移的運動過程。為了顯示擴充後的潛艦操船運動模擬系統功能,本研究以仿擬潛艦為例,除了進行包含浮航、下潛及上浮的運動模擬之外,並針對浮航狀態的操船性能,進行迴旋試驗、Z型試驗、拉出試驗、螺旋試驗等操船模擬試驗以顯示系統可以進行合理的潛艦操船模擬。此外,後續也可以進一步應用本系統探討在模組化數學模型下,各部件交互作用參數對操縱運動性能之影響。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Standing on the foundation of researchs at M&C Lab. Of NTU/ESOE, which has developed maneuvering motion simulation technology for submarine before, the simulation system in present study is extended to deal with free surface effect on hydrostatic and hydrodynamic forces of a submarine operated crossing the free surface, namely in the transition between the conditions surfaced and submerged.
The present simulation tool follows the modular modeling methodology which means that submarine is divided into several main elements, including fuselage, sail, bow plane, stern plane, rudder, propeller, and trimming tanks, and the hydrodynamic forces model for each element and the interactions among them are considered. In addition, the hydrodynamic coefficients are calculated by CFD tool of ANSYS FLUENT, and submarine maneuvering motion simulation is carried out by solving a coupled nonlinear 6-D equations of motions time step by step. In order to simulate submarine in the transition between the conditions surfaced and submerged, transition stability and maneuvering of surfaced submarine are also investigated in the present study. The position of centre of gravity and buoyancy of each element in different submerged depth and different posture are calculated in advance and then substituted into the 6-D equations by bilinear interpolation method. Finally, by applying a simulated submarine as a test model, it is confirmed that all the simulations of steady forward propulsion, descent and ascent maneuvers, turning-circle test, zig-zag test, and pull-out test for checking the directional stability show reasonable results. And the validity of the simulation tool improved by the present study is confirmed. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-17T04:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-107-R05525001-1.pdf: 23425535 bytes, checksum: 113e148c5dc558e1458fdab7142eb56c (MD5) Previous issue date: 2018 | en |
dc.description.tableofcontents | 致謝 I
摘要 II ABSTRACT III 圖目錄 IX 表目錄 XIV 第1章 緒論 1 1-1 背景與目的 1 1-2 相關研究回顧 2 1-3 研究方法與論文架構 3 第2章 潛艦之非線性運動數學模式 5 2-1 模組化數學模式描述 5 2-1-1 座標系及向量定義 5 2-1-2 六自由度非線性運動方程式 7 2-1-3 潛艦固定座標系與空間固定座標系之轉換 10 2-2 潛艦運動的動力導入 12 2-2-1 螺槳力應用及計算 12 2-2-2 水櫃操作導入 13 2-3 浮航及下潛轉移的運動數學模型 15 2-3-1 潛艦質量可變模式 15 2-3-2 潛艦浮力及重力浮力差 16 2-3-3 變動質量對重心及慣性矩之效應 17 2-3-4 轉變穩度分析 18 2-4 包含水櫃效應之潛艦六自由度非線性運動方程式 20 第3章 轉變穩度分析 26 3-1 潛艦模型之建構 26 3-1-1 外型尺寸 26 3-1-2 螺槳選用 28 3-1-3 水櫃配置及充排水特性 31 3-1-4 操縱性能表 34 3-2 各部件下潛上浮過程分析 36 3-2-1 前置設定 37 3-2-2 各部件縱搖狀態之排水量變化 37 3-2-3 各部件縱搖狀態之浮心位置變化 41 3-2-4 各水櫃進水的重心變化 46 3-3 數值分析 49 3-3-1 潛艦模組化浮心計算 49 3-3-2 水櫃的重心計算 50 3-3-3 雙變數線性內插 50 3-4 結果與討論 54 第4章 水動力係數計算 56 4-1 CFD理論及應用 57 4-1-1 網格生成 57 4-1-2 動態網格理論 61 4-1-3 統御方程式與多相流模型 62 4-1-4 紊流模式 64 4-1-5 數值計算方法 68 4-2 水動力係數計算的驗證 69 4-2-1 附加質量理論 69 4-2-2 條件設置 70 4-2-3 計算域、網格之驗證及尺寸 71 4-2-4 結果與驗證 73 4-3 水動力係數的數據圖表 76 4-3-1 胴體之計算結果 76 4-3-2 帆罩之計算結果 79 4-3-3 無因次附加質量(矩)、耦合係數隨水線之變化 82 4-3-4 阻力計算結果 88 第5章 潛艦操船模擬系統說明 90 5-1 功能說明 90 5-2 介面說明 94 5-3 輸入參數 96 5-4 輸出參數 106 第6章 潛艦操船模擬試驗與討論 107 6-1 浮航直線運動 107 6-2 浮航直線穩定性判別 109 6-2-1 拉出試驗 109 6-2-2 螺旋試驗 117 6-3 浮航迴旋圈試驗 119 6-4 浮航Z型試驗 133 6-5 下潛上浮轉移運動模擬 136 第7章 結論 142 參考文獻 144 附錄1 145 附錄2 151 潛艦基本常數參數表 151 ControlTanks.dll變數參數 157 ControlPropeller.dll變數參數 157 ControlWings.dll變數參數 158 Draft.dll變數參數 159 各部件在不同姿勢下,排水質量 159 各部件在不同姿勢下,浮心座標(X,Y,Z) 163 draft_dynamics.dll變數參數 171 附錄3 176 拉出試驗 176 螺旋試驗 179 浮航迴旋圈試驗 180 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 潛艦浮航及下潛轉移操船模擬之研究 | zh_TW |
dc.title | Study on Maneuvering Simulation for Diving and Surfacing of a Submarine | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 106-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 郭振華,周顯光,鍾慶富,羅志宏 | |
dc.subject.keyword | 潛艦,操船運動模擬,下潛與浮航,轉變穩度,流體動力係數, | zh_TW |
dc.subject.keyword | Submarine,Diving and Surfacing,Maneuvering Motion Simulation,CFD,Hydrodynamic Coefficients, | en |
dc.relation.page | 182 | |
dc.identifier.doi | 10.6342/NTU201803006 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2018-08-15 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 工程科學及海洋工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 工程科學及海洋工程學系 |
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