THRUSTER DESIGN FOR UNMANNED UNDERWATER VEHICLES

Öz

THRUSTER DESIGN FOR UNMANNED UNDERWATER VEHICLES

Abstract

Underwater researches have been carried out for various purposes such as the protection and investigation of natural and environmental resources, various construction activities, finding and extracting fossil fuel resources, academic and industrial researches. Especially in the last two decades, unmanned underwater vehicles are effectively used in almost all of these researches. One of the most essential parts of those vehicles is their thrust system which gives them the ability to move underwater. In this study, the design of a thruster for unmanned underwater vehicles is given. The designed thruster system consists of four main parts: an electric motor, a driver circuit, a magnetic coupling transmission element, and a propeller. The electrical and mechanical designs of these parts are performed depending on the predetermined design criteria. A brushless type DC motor is chosen as an electric motor, and the required torque and rpm values are determined analytically. Depending on the chosen electric motor, a suitable driver circuit is determined. Then the propeller, the magnetic coupling element, and the motor housing are designed by using the SolidWorks software package. Pressure and fluid dynamics analyses of the housing and propeller are performed by using the Ansys software package. The thruster design is validated by simulation results.

Keywords: Unmanned underwater vehicle, thruster, magnetic coupling, transmission, propeller

İNSANSIZ SUALTI ARAÇLARI İÇİN İTİCİ TASARIMI

Özet

Doğal ve çevresel kaynakların korunması ve araştırılması, çeşitli sualtı inşaat çalışmaları, fosil yakıt kaynaklarının saptanması ve çıkarılması, akademik araştırmalar ve endüstriyel çalışmalar gibi birçok farklı alanlarda su altı araştırmaları yapılmaktadır. Özellikle son yirmi yılda insansız sualtı araçları bu araştırmaların hemen hepsinde etkin bir şekilde kullanılmıştır. İnsansız su altı araçlarının en önemli sistemlerinden biri de onlara su altında hareket kabiliyetini sağlayan itki sistemleridir. Bu çalışma, insansız su altı araçları için bir itki sistemi tasarımı gösterilmiştir. Tasarlanan itki sistemi elektrik motoru, sürücü devresi, manyetik aktarım organı ve pervane olmak üzere dört ana bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin elektriksel ve mekanik tasarımları önceden belirlenmiş tasarım kriterlerine göre yapılmıştır. Elektrik motoru olarak fırçasız doğru akım motoru seçilmiş ve gerekli tork ve devir sayısı değerleri analitik olarak belirlenmiştir. Belirlenen elektrik motoru için uygun bir motor sürücü devresi seçilmiştir. Pervane, manyetik aktarım elemanı ve sistem muhafazası tasarımları SolidWorks programında yapılmıştır. Sistem muhafazası ve pervanenin basınç ve akış dinamiği analizleri Ansys programı kullanılarak yapılmıştır. Geliştirilen itici tasarımı simulasyon sonuçları ile doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler: İnsansız Sualtı Aracı, İtki Sistemi, Manyetik Kaplin, Güç Aktarım, Pervane