RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: Analysis of Dynamics of Floating Objects

Publication Type Doctoral Thesis
Funding for basic activity Unknown
Defending: 31.08.2012 14:00, TMF, Ezermalas 6, 302. auditorija
Publication language Latvian (lv)
Title in original language Peldošu objektu dinamikas analīze
Title in English Analysis of Dynamics of Floating Objects
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.3 Mechanical engineering
Authors Edgars Kovals
Keywords 6DOF model, floating robot, propulsion system
Abstract Peldošu objektu (kuģu, zemūdeņu, baržu utt.) pārvietojuma dzinējspēka radīšanai tiek lietotas dažādas vilces jeb piedziņas iekārtas (tā saucamās propulsijas iekārtas). Līdz šim pati populārākā propulsijas iekārta (dēļ savas vienkāršās uzbūves, zemajām ekspluatācijas izmaksām un atbilstību mehāniskā enerģijas avota rotācijas piedziņas tipam, kopš tā tika izgudrota) ir bijusi dzenskrūve. Dotais darbs veltīts alternatīvu propulsijas iekārtu izveidei un izpētei, kā arī principiāli jauna 6 dimensiju peldoša objekta matemātiskā modeļa izveidei ar apkārtējās vides iedarbību. Tiek pētītas alternatīvas propulsijas iekārtas, kuras ir balstītas uz biomimētisku (dabā sastopamu dzīvu organismu) dizainu. Piedāvātie modeļi ir biomimētiskam objektam - zivs astei - līdzīgi vēdekļi, kas darbojas pēc līdzīga principa. Darbā apskatīti dažādi propulsijas iekārtu tipi, dots to salīdzinājums, apskatīti pētījumi saistītajā jomā, izvirzīti darba mērķi. Izstrādātas biomimētiskas propulsijas iekārtas, izmantojot sub-carangiform un carangiform korpusu tipu attiecības, un tās optimizētas. Izstrādātas propulsijas iekārtas ar cietu, neelastīgu vēdekli un dažādiem ierosmes tipiem – ar harmonisku ierosmi un ar adaptīvu ierosmi. Izveidoti propulsijas iekārtu matemātiskie modeļi programmā MathCAD, kurā veikta matemātisko modeļu simulācija un propulsijas iekārtas parametru optimizācija. Izstrādāta parametru optimizācijas metodika robotizētu mehānisku sistēmu pētīšanai programmā MathCAD, pielietojot slīdošu parametru. Izstrādāta metode peldoša robota korpusa kustības modelēšanai sadalot objektu 2 apakšsistēmās: propulsīvā orgāna dinamiskā vilces spēka noteikšana; korpusa dinamika no propulsīvā orgāna impulsiem. Piedāvāta propulsijas iekārta ar mainīgu aktīvās darba virsmas laukumu kā efektivitātes paaugstināšanas līdzekli. Veikta propulsijas iekārtas (ar mainīgu aktīvās darba virsmas laukumu un dažādu tipu ierosmēm) matemātisko modeļu izveide un to datorsimulācija. Apskatīta peldoša objekta vadība ar minēto propulsijas iekārtu bez atsevišķiem vadības orgāniem – kustība uz priekšu, atpakaļ, pa labi, pa kreisi. Parādīta propulsijas (ar laukuma maiņu) iekārtas robota sintēzes metode. Izstrādāts trīsdimensionāls peldoša objekta modelis ar sešām brīvības pakapēm un apkārtējās vides iedarbību. Ņemti vērā tādi kustību ietekmējošie faktori kā vējš, straume, viļņi un propulsijas iekārta. Pielikumā ievietoti gaisa pretestības koeficientu mērījumi vēja tunelī, procesa un eksperimentu rezultāti. Darbā norādītie propulsijas iekārtu modeļi, metodes un paņēmieni ir izmantojami kā teorētiskās un praktiskās bāzes pamats, lai turpinātu konkrētā objekta pētniecību.
Abstract in English Propulsion systems are widely used to generate efective thrust for floating objects like ships, submarines and barges. A screw type propeller since it was developed has always been the most popular propulsion system due the simplicity, low maintenance cost and rotary driving type complying to the machinery. Given work is dedicated to reveal new, alternative propulsion systems with biomimetic design as well as new on principal 6 DOF mathematical model of a floating object with the impact of the surrounding environment. Offered systems are similar to fish tail and also use the same working principle. Dissertation holds research on propulsion system types, several propulsion systems comparison and findings in the field. Several tasks were drawn. Biomimetic propulsion systems with sub-carangiform and carangiform body ratios were developed, the models were optimized. Further, propulsion systems with a non-elastic fan were developed. Several excitation types were used – harmonic exciation and adaptive excitation. The mathematical models were simulated in program MathCAD where also the optimization takes place. A parameter optimization method with a floating parameter was developed for use with MatCAD. A method is offered for floating robot movement modeling by dividing the object in 2 subsystems: calculation of propulsive thrust from the propulsion device; calculating floating objects hull dynamics by the propulsive thrust. A propulsion system with variable active work surface area is offered as a method of increasing efficiency. Mathematical model with various excitation systems simulation was done using MathCAD. The propulsion system with the variable active work surface area is also specifically viewed as navigational system with the ability to change the thrust direction in the horizontal motion plane. A method of floating robot synthesis with variable active work surface area is given. Following research reveals a three dimensional 6 DOF floating object model with the impact of wind, current, waves and propulsive thrust. Appendix holds experimental results of air drag coefficient measured in a wind tunnel. The proposed propulsion systems and methods and can be used as a theoretical and practical reference for further research development.
Reference Kovals, Edgars. Analysis of Dynamics of Floating Objects. PhD Thesis. Rīga: [RTU], 2012. 129 p.
Full-text Full-text
Summary in English Summary in English
ID 13770