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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. Significant progress has been made in the field of analytical and numerical research. The complex fluid dynamics of AUV sets are analyzed and calculated. AUV's individual fluid dynamics, turbulence, etc. Commercial CFD solutions are directly calculated, and the analytical forces of individual fluid dynamics are analyzed. The optimal queue of a large number of AUVs is calculated by using the theory of group flow. In this study, we calculated the optimal queue and optimized the rules of the AUV set from 2 to about 100 sets. In addition, the position of the rear part of each AUV adjacent to the AUV is about half the length, the lateral distance between the AUV is reduced, and the tail potential flow of the other AUV is avoided. This rule, the formation of AUV clusters in the form of "", the minimum average production cost, is achieved. The paper studies the situation that the number of AUVs increases and the horizontal distance between AUVs decreases, so as to save the occurrence of obvious problems. Dozens of AUV teams have achieved an average of 12% reduction in production costs. The results of this research are important references for future utilization of AUV clusters. Research results are presented at several international conferences, academic journals are submitted, reviews are ongoing, and formal presentations are expected in the near future. 2. Engineering field, JAMSTEC towing tank (ratio tank) accuracy requirements for implementation, implementation interruption, implementation plan revision, AUV towing tank trolley connection redesign, underwater power system design, special attention. The next year, the machine is ready to open again. 3. There is a strong correlation between the flow field of AUV, the flow field of fish, and the flow field of wind turbines, and a series of research projects related to fish swimming and wind turbines have been carried out, and important research results and papers have been published. The results of this study are as follows: AUV hydrodynamics, AUV hydrodynamics, A