Modelo CFD para determinação do arrasto de um ROV em regime permanente

Abstract

O conhecimento da resistência ao avanço de veículos subaquáticos é um fator essencial no projeto de um sistema de controle capaz de dirigir o veículo, seja operado, seja pré-programado. Para veículos de geometria complexa, a obtenção destes fatores através de métodos analíticos é uma tarefa onerosa e nem sempre é possível, assim, uma melhor compreensão destes fatores pode ser obtida através de simulações numéricas em fluidodinâmica computacional. O veículo a ser estudado é um ROV de cinco graus de liberdade que vem sendo desenvolvido pela equipe do Laboratório de Simulação Naval no CTJ da UFSC. O ROV é projetado para atuar como uma plataforma subaquática com propulsão a hidrojato que possa ser utilizada, futuramente, como uma base flutuante para um braço manipulador. Este trabalho tem como objetivo a obtenção dos parâmetros hidrodinâmicos, em regime permanente, dos movimentos de translação principais deste ROV, incluindo o movimento para uma direção intermediária qualquer entre os movimentos frontal e lateral deste ROV. Também é abordado um estudo sobre a qualidade da malha gerada e utilizada nas análises finais deste trabalho, bem como os parâmetros avaliados que tiveram mais influência nos resultados finais, que demonstraram variações relativas entre 0,1% e 10%. Além das curvas e a superfície geradas para a obtenção de equações que relacionem a força de arrasto com a velocidade e o ângulo analisado e uma comparação dos resultados com os valores obtidos previamente pelos autores iniciais do projeto deste ROV de 0,9 m/s para uma força de aproximadamente 25N gerada pelos bocais, em comparação com os 0,87 m/s encontrados por este trabalho para o avanço puro do ROV. Os principais objetivos foram atingidos e permitiram a avaliação qualitativa da diferença entre os resultados obtidos em uma máquina de configurações superiores e a máquina utilizada pelo autor, um dos principais limitantes da precisão dos resultados obtidos. Nas conclusões, são também discutidos possíveis trabalhos futuros, necessários para a obtenção de parâmetros hidrodinâmicos e um sistema de controle mais precisos.

Knowledge of the drag resistance of underwater vehicles is an essential factor in the design of a control system capable of steering the vehicle, either operated or preprogrammed. For vehicles with complex geometry, the obtaining of these factors through analytical methods is an onerous task, thus, a better understanding of these factors can be obtained through numerical simulations in computational fluid dynamics. The vehicle to be studied is a five-degree-of-freedom ROV that has been developed by the Naval Simulation Laboratory team at the CTJ of UFSC. The ROV is designed to act as a jet-propelled underwater platform that can be used, in the future, as a floating base for a manipulator arm. This work aims to obtain the hydrodynamic parameters, in steady state, of the main translational movements of this ROV, including the movement to any intermediate direction between the frontal and lateral movements of this ROV. A study on the quality of the mesh generated and used in the final analyzes of this work is also addressed, as well as the evaluated parameters that had the most influence on the final results, which showed relative variations between 0.1% and 10%. In addition to the curves and the surface generated to obtain equations that relate the drag force with the velocity and angle analyzed and a comparison of the results with the values previously obtained by the initial authors of the project of this ROV, of 0.9 m/s for approximately 25N force generated by the nozzles, compared to the 0.87 m/s found by this work for pure ROV advancement. The main objectives were reached and allowed the qualitative evaluation of the difference between the results obtained in a machine with superior configurations and the machine used by the author, one of the main limits of the precision of the obtained results. In the conclusions, possible future works are also discussed, necessary to obtain hydrodynamic parameters and control system more accurate.