مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی شتابگیری شناور پلنینگ در حوزه زمان و کنترل بهینه آن برای رسیدن به سرعت نهایی در حداقل زمان ممکن

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشجوی دانشگاه شریف
3 استاد دانشگاه شریف
چکیده
تنظیم درست زاویه تریم شناور پلنینگ در فاز شتابگیری برای عبور آسان از قله مقاومت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. افزون بر آن، در موارد خاصی مانند شناورهای مسابقه ای یا برخی کاربردهای نظامی، هدف رسیدن به سرعت نهایی در حداقل زمان ممکن است. این مقاله ضمن معرفی کاربرد جدیدی برای تئوری کنترل بهینه در حوزه کنترل شناورهای پلنینگ سعی دارد به این پرسش پاسخ دهد که در طول شتابگیری شناور پلنینگ زاویه اعمال شده به سیستم رانش یا یک المان کنترلی همچون تریم تب چگونه باید تغییر یابند تا زمان رسیدن به یک سرعت مشخص کمینه شود. برای پاسخ به این پرسش نیازمند یک مدل دینامیکی از شناور برای فاز شتابگیری آن هستیم. در این تحقیق چنین مدلی بر اساس روش های تئوری و تجربی موجود برای محاسبه نیروهای هیدرودینامیکی و آیرودینامیکی، سیستم رانش و المان کنترلی بر بدنه ارائه می شود. کل مجموعه سیستم رانش شامل موتور، سیستم درایو و پروانه به نحو ساده شده ای مدل شده اند. در ادامه، مسئله کنترل بهینه معرفی و نحوه حل آن توضیح داده شده است. در نهایت نتایج حل مسئله برای یک شناور پلنینگ تک بدنه و یک کاتاماران مسابقه ای ارائه شده اند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling the forward accelerated motion of planing craft and its optimal control to minimize the time to reach final speed

نویسندگان English

Hamid Mehdigholi 1
Morteza Azizi Yegejeh 2
Mohammad Saeed Seif 3
چکیده English

It is of crucial importance to adjust the trim angle properly during the forward acceleration of a planing craft in cases such as ‎sport ‎competitions and military missions. In these applications, the goal of trim ‎adjustment is to reach the final cruising speed as soon as ‎possible. Present study tries to answer this question: How the angles of the drive ‎system and/or a control element should be changed ‎during acceleration phase in order that the craft can reach to its final speed in the minimum possible time? This is an optimal control ‎problem with the drive and control element angles as its control variables. To solve such problem, a 3-DOF dynamic model is ‎developed ‎based on the theoretical and empirical methods. Both propeller operation and the engine are ‎taken into account for the propulsion system. ‎Then, the solution algorithm of time-optimal control problem is explained ‎according to an indirect method. Results for a planing mono-hull ‎with two different weight distributions show a similarity in trend between the optimal solution for control ‎variables and the hull ‎instantaneous trim angle. As the second case study, the solution for an aerodynamically alleviated racing catamaran is presented.‎

کلیدواژه‌ها English

planing craft
trim tab
Optimal Control
Pontryagin Minimum Principle‎