CFD approach to modelling hydrodynamic characteristics of underwater glider

Autonomous underwater gliders are buoyancy propelled vehicles. Their way of propulsion relies upon changing their buoyancy with internal pumping systems enabling them up and down motions, and their forward gliding motions are generated by hydrodynamic lift forces exerted on a pair of wings attached to a glider hull. In this study lift and drag characteristics of a glider were performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) approach and results were compared with the literature. Flow behavior, lift and drag forces distribution at different angles of attack were studied for Reynolds numbers varying around 10⁵ for NACA0012 wing configurations. The variable of the glider was the angle of attack, the velocity was constant. Flow velocity was 0.5 m/s and angle of the body varying from -8° to 8° in steps of 2°. Results from the CFD constituted the basis for the calculation the equations of motions of glider in the vertical plane. Therefore, vehicle motion simulation was achieved through numeric integration of the equations of motion. The equations of motions will be solved in the MatLab software. This work will contribute to dynamic modelling and three-dimensional motion simulation of a torpedo shaped underwater glider.

Autonomiczne podwodne szybowce to pojazdy napędzane wypornością i siłą nośną. Ruch glidera w stanie ustalonym jest ruchem „piłokształtnym”. Sposób napędu polega na zmianie ich wyporności za pomocą wewnętrznego systemu pomp, umożliwiającego im nurkowanie lub wynurzanie się z wody, a ich ruchy w przód są generowane przez hydrodynamiczne siły nośne wywierane na parę skrzydeł przymocowanych do kadłuba. W ramach tej pracy wyznaczono charakterystykę siły oporu i siły nośnej szybowca z zastosowaniem metod Numerycznej Mechaniki Płynów, wyniki porównano z innymi danymi z literatury. Charakterystykę przepływu, rozkład siły nośnej i oporu przy różnych kątach pochylenia badano dla liczb Reynoldsa o wartości około 10⁵ dla konfiguracji skrzydeł NACA0012. Zmiennym parametrem szybowca jest kąt pochylenia, prędkość przepływu była stała i wynosiła 0,5 m/s. Kąt pochylenia kadłuba zmieniał się od -8° do 8° z krokiem 2°. Wyniki z CFD są wykorzystywane do obliczania równań ruchów szybowca w płaszczyźnie pionowej. W niniejszej pracy została rozpatrzona hydrodynamika i generowane siły nośne. Równania ruchu będą rozwiązywane w oprogramowaniu MatLab. Praca ta przyczyni się do stworzenia odpowiedniego modelu dynamiki szybowca podwodnego.