自主式水下載具的 PMM試驗 2016 年 09 月 14 日 人氣:952

撰文:余昭明
校稿:賴堅戊

  海洋中心自2014年起陸續於實海進行自主式水下載具(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)實海域佈放,以建立本中心對此新式海洋探測儀器的操作能量,並提出一自主式水下載具實海觀測任務規畫流程(余等人,2016)。在實海任務佈放經驗下,發現海域環境變異參數,如海流、碎波等容易造成AUV無法依照預先規劃之任務路徑運行,進而造成量測數據的完整性不足。

  而造成這些變異不可控的因素,基本上來自於自主式水下載具之流體動力係數、操控係數等已無法符合任務原預估之理想路徑,導致任務執行偏差。據此,進一步瞭解自主式水下載具的流體動力係數,演算與模擬獲取出更多水下載具的基礎操控係數,於日後面對場域多變異的條件時,將可有效地將相關參數導入現行的實海觀測任務作業流程查驗表中,以利任務執行與否之評估作業。

  在國立成功大學系統及船舶機電工程學系林宇銜助理教授的協助下,中心同仁得以在2016年8月間在其指導及支援下,無償使用拖航水槽及相關設備,對海洋中心所購入的OCEAN SERVER IVER2 AUV進行一次完整的平面運動機構 (PMM) 試驗 (如圖1所示)。透過這樣的試驗,除了可以獲取現有之自主式水下載具操縱性導數,後續將進一步代入船舶操縱運動方程式,進行水下載具運動模擬。據此,亦可成為日後本中心進行AUV開發設計的參考數據與實驗驗證架構之基礎。

  有關平面運動機構(PMM)試驗,共分為五大項試驗:(a) 斜航試驗(ORT)屬於PMM中唯一的靜態測試,依設定的漂流角依定速拖航AUV來量取力量和力矩;(b) 橫移運動試驗(Pure Swaying Test)屬於動態測試,為週期性的運動,經由橫移運動的方式可以得到水下載具在Y軸方向的附加質量力(Added Mass Force)與慣性力矩(Added Moment of Inertia);(c) 平擺試驗加上(d) 平擺和漂流角亦屬於動態測試,在無漂流角的情況下稱為純平擺運動試驗(Pure Yawing Test),可量得純流體動力,若加入不同的漂流角度,即可進行漂流角度平擺運動試驗(Yawing Test with Constant Drift Angle);(e) 基準平擺試驗(Pivot Yawing Test)則是為瞭解當AUV以很小的速度移動狀況下,流體作用在AUV上的各項力學特性。各項試驗項目示意如圖2(a) ~圖2(e)所示。


圖1 AUV PMM實驗照片

 

圖2 平面運動機構(PMM)試驗分項 (a) 斜航試驗圖;(b) 基準平擺試驗圖;(c) 橫移試驗圖;(d) 平擺試驗圖;(e) 固定漂流角加上平擺試驗圖。(Fx:縱向力、Fy:縱向力、Mz:力矩、β:漂流角度、Uc:位移速度) [摘自:Fang et al. (2015)]

參考文獻

1.      Ming-Chung Fang, Shun-Ming Wang, Mu-Chen Wu, Yu-Hsien Lin* (2015, Jan). Applying the self-tuning fuzzy control with the image detection technique on the obstacle-avoidance for autonomous underwater vehicles. Ocean Engineering, 93(1), 11-24.

2.      余昭明、楊雅兆、林昆毅、賴堅戊 (2016) “自主式水下載具實海觀測任務規畫流程芻議與測試”,第十八屆水下技術研討會,第H9頁~第H18頁,台南,台灣。