تعیین ماتریس جرم افزوده‌ کشتی ‌هوایی با استفاده از روش المان مرزی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 2، دوره 34، شماره 2 - شماره پیاپی 28، مرداد 1401، صفحه 15-28   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.71335.1040

نویسندگان

علی جعفریان^{* 1}؛ سید محمدرضا علوی طباطبایی²؛ سعید شاخصی³

¹مهندسی مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران

²مهندسی مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران

³مهندسی مکانیک پژوهشگاه فضایی ایران

چکیده

در مقاله‌ حاضر ماتریس جرم افزوده‌ کشتی هوایی با استفاده از روش المان مرزی تعیین شده‌است. گسسته‌سازی معادلات حاکم بر روی شبکۀ مثلثی بر روی سطح جسم انجام شده‌است. شبکۀ محاسباتی بر روی سطح جسم با استفاده از نرم‌افزار گمبیت ایجاد شده و به‌صورت ورودی در کد المان مرزی نوشته شده به زبان فرترن به‌کار گرفته شده‌است. ابتدا به‌منظور صحه‌سنجی کد المان مرزی، ماتریس جرم افزوده‌ برای هندسه‌های متداول مانند کره و بیضی‌گون با نسبت قطر بزرگ به قطر کوچک 2 و 85/3 انجام شده‌است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی المان مرزی کاملاً با مقادیر به‌دست آمده از حل تحلیلی تطابق دارند. سپس ماتریس جرم افزوده برای بدنۀ کشتی هوایی با دو پروفیل NPL و GNVR که از پرکاربردترین پروفیل‌ها در بدنۀ کشتی‌های هوایی است محاسبه شده‌است. در نهایت هندسۀ کامل کشتی هوایی به همراه مجموعۀ دم و سبد، با استفاده از دو پروفیل مختلف بدنه شبکه‌بندی شده‌است و ماتریس جرم افزوده برای کشتی هوایی در دو حالت به‌دست آمده‌است.

کلیدواژه‌ها

کشتی هوایی؛ روش المان مرزی؛ جرم افزوده

مراجع

Liao, L., and Pasternak, I., "A Review of Airship Structural Research and Development", Progress in Aerospace Sciences, Vol. 45, No. 4-5, Pp. 83-96, (2009).

2. Li, Y., Nahon, M., and Sharf, I., "Airship Dynamics Modeling: A Literature Review", Progress in aerospace sciences, Vol. 47, No. 3, Pp. 217-39, (2011).
3. Banerjee, P. K. and Butterfield, R., "Boundary Element Methods in Engineering Science", McGraw-Hill London, Vol. 17: (1981).
4. Au, M., and Brebbia, C., "Numerical Prediction of Wave Forces Using the Boundary Element Method", Applied Mathematical Modelling, Vol. 6, No. 4, Pp. 218-28, (1982).
5. Choi, Y. R., Hong, S. Y., and Choi, H. S., "An Analysis of Second-Order Wave Forces on Floating Bodies by Using a Higher-Order Boundary Element Method", Ocean Engineering, Vol. 28, No. 1, Pp. 117-38, (2001).
6. Zhou, Z., Lo, E. Y., and Tan, S., "Effect of Shallow and Narrow Water on Added Mass of Cylinders with Various Cross-Sectional Shapes", Ocean engineering, Vol. 32, No. 10, Pp. 1199-215, (2005).
7. Lin, Z., and Liao, S., "Calculation of Added Mass Coefficients of 3d Complicated Underwater Bodies by Fmbem", Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 16, No. 1, Pp. 187-94, (2011).
8. Ghassemi, H., and Yari, E., "The Added Mass Coefficient Computation of Sphere, Ellipsoid and Marine Propellers Using Boundary Element Method", Polish Maritime Research, Vol. 18, No. 1, Pp. 17-26, (2011).
9. Mirzaei, D., Jafarian, A., Badri, M. A., and Zamani, M. R., "Evaluation of Added Mass for an Underwater Vehicle Using Boundary Element Method", Tabriz Journal of Mechanical Engineering, Vol. 47, No. 3, Pp. 243-50, (2017).
10. Gomes, S. B. V., "An investigation into the flight dynamics of airships with application to the YEZ-2A", PhD diss., Cranfield University, (1990).
11. Gomes, S. B. V., and Ramos, J. G., "Airship Dynamic Modeling for Autonomous Operation", Paper presented at the Proceedings, 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No. 98CH36146), (1998).
12. Li, Y., Nahon, M., and Sharf, I., "Dynamics Modeling and Simulation of Flexible Airships", AIAA journal, Vol. 47, No. 3, Pp. 592-605, (2009).
13. H. Lamb, "Hydrodynamics", Reprint of the 1932 sixth edition, Cambridge University Press, Cambridge, (1993)
14. Mueller, J., Paluszek, M., and Zhao, Y., "Development of an Aerodynamic Model and Control Law Design for a High Altitude Airship", AIAA 3^rd Unmanned Unlimited Technical Conference, Workshop and Exhibit, (2004).
15. Azouz, N., Chaabani, S., Lerbet, J., and Abichou, A., "Computation of the Added Masses of an Unconventional Airship", Journal of Applied Mathematics, Vol. 2012, Article ID 714627, Pp.19 , (2012).
16. Tuveri, M., Ceruti, A., Persiani, F., and Marzocca, P., "A Mesh Based Approach for Unconventional Unmanned Airship Added Masses Computation", SAE Technical Paper, (2013).
17. Tuveri, M., Ceruti, A., and Marzocca, P., "Added Masses Computation for Unconventional Airships and Aerostats through Geometric Shape Evaluation and Meshing", International Journal of Aeronautical and Space Sciences,Vol. 15, No. 3, Pp. 241-57, (2014).
18. Kanikdale, T., Marathe, A., and Pant, R., "Multi-Disciplinary Optimization of Airship Envelope Shape", 10^th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference, (2004).
19. Currie IG., "Fundamental mechanics of fluids", CRC press, (2016).