Development of a non-linear hydrodynamic maneuvereing model of a diver delivery vehicle

• Main Author: Pettersson, Johan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Marina system 2017
• Subjects: Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-211163

The SEAL Carrier is a marine hybrid craft with capacity to travel both on the surface and completely submerged with main objective to transport a group of divers. The craft is developed for transporting a unit of combat divers in and out the of area of operation where the high speed at surface and low signature when submerged are key features. In order to reduce the workload for the pilots during longer transports in submerged mode the manufacturer James Fisher Defence (JFD) has instigated two master theses with the aim to develop an automated depth control.This thesis concerns the ÿrst part in this project and describes the development of a hydrodynamic model of the craft. The main purpose of the model is to re°ect the behavior of the craft with focus on depth maneuvers so it can be used as a tool for the development of such a controller.Initially the fundamental theory that this mathematical model is established from is presented and explained. From how positions and motion of an underwater craft is expressed with well established methods the six equa-tions of motion necessary to fully describe these are derived. For estimating the external forces acting on the craft a semi-empirical approach is presented in order to obtain expressions and estimations of these. With these results a platform for the model have been established in the programming environment MATLAB/SIMULINK. With this platform as basis a procedure for manipulating the external forces in order to achieve a better repre-sentation of the real craft is presented.The developed model experiences some di˝culties to capture the motion of the real craft during maneuvers in depth. The cause for this is considered to be because of the methods used for expressing the hydrodynamic forces developed by the hull. The function of the model to serve as a tool for the development of a depth controller is still to be veriÿed and tests are planned. The developed model has a modular design that enables simple modiÿcations of the implemented theory as well as structural modiÿcations for future development and improvements. === SEAL Carrier är en marin hybridfarkost med kapacitet att färdas i både yt- och undervattensläge. Farkosten är utvecklad för att transportera en grupp attackdykare till och från arbetsområden då farkostens hastighet på ytan och låga signatur vid undervattensläge utnyttjas. För att minska arbetsbördan för piloterna vid längre transporter i undervattensläge har tillverkaren James Fisher Defence (JFD) utlyst två examensarbeten med huvudsakligt syfte att ta fram en automatiserad djuphållare.Denna avhandling berör den första delen i detta projekt och beskriver utvecklingen av en hydrodynamisk modell av farkosten. Det huvudsakliga syftet med modellen är att lyckas representera farkostens beteende så att denna modell kan användas som verktyg vid utvecklingen av en sådan djuphållare.Inledningsvis beskrivs den fundamentala teori som denna matematiska modell är etablerad utifrån. Med ut-gångspunkt i hur position och rörelser beskrivs enligt etablerade metoder för en undervattensfarkost härleds de sex rörelseekvationerna som är nödvändiga för att fullständigt uttrycka dessa. För uppskattning av de externa krafterna som verkar på farkosten beskrivs hur semi-empiriska metoder utnyttjats för att på ett e˛ektivt sätt erhålla uttryck och uppskattningar av dessa. Utifrån dessa resultat beskrivs hur en plattform för modellen ut-vecklats i programmeringsmiljön MATLAB/SIMULINK. Vidare presenteras en metod för att justera de externa krafterna för att fånga farkostens rörelsemönster i modellen.Den utvecklade modellen uppvisar vissa svårigheter att efterlikna den riktiga farkostens rörelsemönster vid djupmanövrar. Orsaken till detta anses vara metoden som utnyttjas för att modellera de hydrodynamiska skrov-krafterna. Modellens funktion som verktyg för utvecklingen av den tilltänkta djuphållaren återstår att veriÿera och tester är planerade. Den utvecklade modellen har en modulär design vilket på ett e˛ektivt sätt möjliggör enkla förändringar av den implementerade teorin samt strukturella förändringar för vidare utveckling och för-bättring.