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Improvement on energetic efficiency and stability of AUV group based on formation configration optimization

基于编队布局优化的AUV群能量效率和稳定性提升

基本信息

批准号：
20K14978
负责人：
李根
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1.解析・数値研究領域では、重大な進展を達成した。AUV集団の複雑な流体力学を解明するため、マルチレベル構造のハイブリッド計算モデルが開発された。AUVの個体レベルの流体力学は、乱流モデルを備えた商用CFDソフトウェアで直接計算され、更に群体レベルの解析モデルに出力された。群体レベルの解析モデルは、ポテンシャル流理論を利用し、非常に低い計算コストで大量のAUVの最適な隊列を計算できた。本研究では、2台から約100台までのAUV集団の最適な隊列を計算し、最適化の規則を見つけた。それは、各AUVが隣のAUV同士の後部の約半分体長の位置に置き、AUVの間の横方向距離をできるだけ減少、他のAUVの尾流場を避けることである。この規則より、「チェーン状」のAUV集団隊形が形成され、最小の平均エネルギー消費が達成される。研究で分かったことは、AUVの数が増加し、AUV同士の横方向の距離が減少する場合、省エネ効果が明らかになる。数十台のAUV集団の平均エネルギー消費を12％削減する効果が得られる。これらの研究成果は、今後のAUV集団の利用において重要な参考となる。研究成果は複数回の国際会議で発表され、学術雑誌への投稿が行われており、現在審査が進行中で、近い将来に正式な発表を期待する。2.工学実験領域で、JAMSTECの曳航実験水槽(波動水槽)が実験の精度要求に対応できないため、実験を一時中断、実験計画を修正、AUVが曳航水槽の台車に接続するフレームを再設計、水中用の力センサーをデザイン・特注した。次の年度，機器や備品が揃った後に実験を再開する予定がある。3.AUVの流れ場と魚の流れ場・風力発電機の流れ場には強い相関関係があるため、魚類遊泳・風力発電機に関する一連の研究も実施し、重要な研究成果と論文発表を取得した。これらの研究結果は、AUV流体力学メカニズムの研究にも参考できると考えられる。

1. The field of analysis and numerical research has been completed, and major progress has been achieved. The AUV set is composed of a complex fluid dynamics solution and a hydraulic structure and calculation method. AUV's individual hydrodynamics, turbulent flow fluids and commercial CFD The トウェアで directly calculates the され, and the group レベルのanalyzes the モデルにされた. Group レベルのanalytic モデルは, ポテンシャル flow theory をutilizationし, very にlowいcalculationコストでlarge numberのAUVのoptimal queueをcalculationできた. In this study, 2 AUVs and about 100 AUVs were gathered together to calculate the optimal queue and optimize the rules.それは, each AUV is adjacent to the AUV, and the rear part is approximately half the length of the AUV. The lateral distance between them is reduced, and the wake field of other AUVs is avoided.このrulesより、「チェーン-shaped」のAUV group formationがformationされ、minimum average consumptionがachievementされる. Research has been conducted on the number of AUVs, the increase in the number of AUVs, the reduction of distances in the transverse direction of AUVs, and the reduction of the effects of AUVs. The average consumption of a group of dozens of AUVs is reduced by 12%, and the effect is achieved. This is an important reference for the research results and future utilization of AUV collection. Research results have been published in multiple international conferences, published in academic journals, are currently being reviewed, and are expected to be officially published in the near future. 2. In the field of engineering, JAMSTEC's dragging water tank (fluctuation water tank) and the precision requirements of JAMSTEC's drag water tank (fluctuation water tank) are all in one time. The plan was revised, the AUV tow tank trolley was redesigned, and the water tank was used as a powerful underwater vehicle with special attention. In the following year, the machine will be re-opened after the replacement of spare parts is scheduled. 3. AUV's flow field, fish's flow field, wind power motor's flow field, strong correlation, fish A series of studies on similar swimming and wind power motors have been carried out, and important research results and thesis tables have been obtained.これらのResearch resultsは、AUV fluid dynamics メカニズムのResearch referenceできると考えられる.