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。在分析和数值研究领域取得了重大进展。已经开发了多层结构的混合计算模型，以阐明AUV种群的复杂流体动力学。直接在配备有湍流模型的商业CFD软件中计算了AUV的个体流体动力学，并输出到组级别的分析模型。小组级分析模型能够利用潜在流的理论来计算以非常低的计算成本的最佳形成。在这项研究中，计算了从2至100个大约100个范围内的AUV种群的最佳形成，并发现了优化规则。它要将每个AUV放置在相邻AUV的后部长度的一半，以尽可能降低AUVS之间的横向距离，避免其他AUV的尾部流场。基于此规则，形成了“链状” AUV集体形成，可实现最低平均能耗。研究表明，当AUV的数量增加并且AUVS之间的横向距离减少时，可以揭示节能效应。它可以实现将数十个AUV组的平均能耗减少12％的效果。这些发现是未来使用AUV种群的重要参考。研究结果已在多个国际会议上提出，并已提交给学术期刊，目前正在进行审查，我们希望在不久的将来进行正式演讲。 2。在工程实验领域，Jamstec的牵引实验水族馆（波罐）无法满足实验的准确性要求，因此实验计划暂时暂停，修改了实验计划，将AUV连接到拖车罐的拖车罐手推车的框架被重新设计，并设计了内部沃特水上和定制的力量。设备和设备准备好后，明年将恢复实验。 3。由于AUV的流场（鱼类和风力发电机的流场）之间存在很强的相关性，因此还进行了一系列有关鱼游泳和风力发电机的研究，并获得了重要的研究结果和纸张介绍。这些发现也可以用于研究AUV流体动力学机制。