Опыт численного моделирования гидродинамики биоморфных подводных роботов

Опыт численного моделирования гидродинамики биоморфных подводных роботов

Щур Николай Алексеевич
к.ф.-м.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), математик, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21; Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), ведущий электроник, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: AAH-8421-2019


Глазунова Елена Владимировна
Федеральное государственное унитарное предприятие РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (ФГУП «РФЯЦ – ВНИИЭФ»), с.н.с., 607188, Нижегородская обл., г. Саров, пр. Музрукова, д. 37, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-1750-3312

Материал поступил в редакцию 6 октября 2021 года.

Аннотация
В работе представлены результаты моделирования динамики и гидродинамики для двух типов биоморфных роботов: змееподобного робота и рыбоподобного робота. Получены детальные данные о переходном процессе разгона роботов из неподвижного состояния за счет крупномасштабной деформации формы поверхности робота. Также получены поля течения вблизи деформируемой поверхности робота, совершающего разгон. По сути, решалась сопряженная задача динамики робота и гидродинамики обтекающей его жидкости. В основе расчетной методики используется метод деформируемых сеток, что позволяет иметь консервативную схему аппроксимации для гидродинамических вычислений и значительно экономить вычислительные ресурсы в сравнении с другими подходами к решению сопряженной задачи.

Ключевые слова
Биоморфные подводные аппараты, вычислительная гидродинамика, переходный процесс, взаимодействие тела с потоком, деформируемая сетка, изгибная деформация.

Благодарности
Результаты были получены в рамках выполнения НИР ГЗ 075-00913-21-03 от 06.08.2021 «Исследование путей создания многофункционального модульного реконфигурируемого гиперизбыточного необитаемого подводного средства для интеграции в робототехнический комплекс трёх сред базирования».

DOI
10.31776/RTCJ.10203

Индекс УДК 
007.52:532.5

Библиографическое описание
Щур Н.А. Опыт численного моделирования гидродинамики биоморфных подводных роботов / Н.А. Щур, Е.В. Глазунова // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 10. - № 2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2022. – С. 104-112. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Experimental investigation of efficient locomotion of underwater snake robots for lateral undulation and eel-like motion patterns / Eleni Kelasidi [et al.] // Robotics and Biomimetics, December 2015. – Springer. – Text: unmediated.
  2. Development of Amphibious Snake-like Robot ACM-R5 / Yamada H. [et al.] // International symposium on robotics, 133, 2005. – Text: unmediated.
  3. McGookin E. A biomimetic underwater vehicle design concept / McGookin E. and Watts C. – Text: unmediated // Further Advances in Unmanned Marine Vehicles. Series: Control engineering series (77) / Roberts, G. and Sutton; Institution of Engineering and Technology: London, UK, pp. 331-357. ISBN 9781849194792.
  4. CFD Analysis of flow around fish / Swastika Palit [et al.] // Journal of Physics Conference Series, 1276(1), 2019. – Text: unmediated.
  5. CFD-FSI Analysis on Motion Control of Bio-Inspired Underwater AUV System Utilizing PID Control / M. Wright [et al.] // 2020 IEEE/OES Autonomous Underwater Vehicles Symposium (AUV), 2020, pp. 1-6. – DOI: 10.1109/AUV50043.2020.9267933 (дата обращения: 02.06.2022). – Text: electronic.
  6. A Chimera Method for the Incompressible Navier-Stokes Equations / G. Houzeaux [et al.] // Computer Science International Journal for Numerical Methods in Fluids. – 2013; 1-45. – Text: unmediated.
  7. Unstructured Grid Adaptation: Status, Potential Impacts, and Recommended Investments Towards CFD Vision 2030 / Michael A. Park [et al.] // American Institute of Aeronautics and Astronautics. – 2016. – Text: unmediated.
  8. Применение отечественных суперкомпьютерных технологий для создания перспективных образцов авиационной техники / М.А. Погосян [и др.] // Журнал ВАНТ. Серия: Математическое моделирование физических процессов. – 2013, вып. 2. – С. 3-17. – Текст: непосредственный.
  9. Щур Н.А. Применение методов вычислительной гидродинамики для получения характеристик переходных процессов АНПА / Н.А. Щур, С.А. Половко, А.А. Деулин // Робототехника и техническая кибернетика. – Санкт-Петербург: ЦНИИ РТК. – №8(4), 2020 – С. 287-295. – Текст: непосредственный.
  10. Modeling of underwater snake robots / Kelasidi E. [et al.] // Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2014. – рр. 4540-4547. – Text: unmediated.

 

Полный текст статьи (pdf)