A Motion Model of a Remotely Operated Underwater Vehicle: CFD Simulation

Modelo de movimiento de un vehículo submarino teledirigido: simulación CFD

El artículo está directamente relacionado con el estudio anterior de los autores sobre el movimiento del vehículo submarino operado por control remoto (ROV), en el que el modelo matemático del movimiento del ROV se deriva para el flujo laminar del agua. Esta solución del movimiento del ROV se ha mejorado utilizando la simulación tridimensional de la dinámica de fluidos computacional (CFD) que permite simular el flujo turbulento, generado principalmente por las hélices. Ambos métodos se han acoplado para obtener valores más precisos de los coeficientes de amortiguación hidrodinámica para la determinación mejorada de la velocidad de movimiento del ROV. Los resultados de la solución se discuten y algunos de ellos se comparan con el experimento.

1 Introducción

Los vehículos submarinos teledirigidos (ROV) son robots submarinos muy utilizados en el ámbito científico, militar, industrial y del entretenimiento. El tema del artículo está directamente relacionado con el estudio previo de los autores sobre el movimiento del ROV [1]. Aquí, las ecuaciones de movimiento del ROV se complementan con parámetros hidrodinámicos y fuerzas que actúan sobre el ROV submarino. Además, en este estudio se consideran las matrices de los coeficientes de amortiguación hidrodinámica y las fuerzas externas que actúan sobre el ROV.

Este modelo matemático del movimiento del ROV se deriva bajo el supuesto de flujo laminar de agua. La solución mencionada del movimiento del ROV puede mejorarse utilizando la simulación CFD que permite simular el flujo turbulento. Las turbulencias son generadas principalmente por las hélices. La turbulencia en el flujo de agua puede influir en el movimiento de todo tipo de vehículos submarinos, incluido el ROV, principalmente en su velocidad. Los valores más altos de la velocidad del ROV provocan un flujo turbulento detrás del cuerpo principal y entre el cuerpo y las hélices.

La simulación CFD permite comprender cómo y especificar dónde se genera la turbulencia. Uno de los objetivos de la simulación CFD presentada es determinar los coeficientes hidrodinámicos de flujo axial y transversal. Los resultados de la simulación CFD del movimiento del ROV se acoplan con el modelo de movimiento del ROV de Fortran [1] para obtener resultados más precisos.

2 Simulación CFD tridimensional del movimiento del ROV

2.1 Modelo prototipo virtual del ROV

En la Fig. 1 se muestra la vista lateral de la estructura del ROV submarino compuesta por el cuerpo principal, dos luces, dos propulsores y dos bloques de flotación de equilibrio.