Dört serbestlik dereceli sualtı aracının dinamik modellenmesi ve benzetim çalışmaları
Dynamic modeling and simulations for a four degree of freedom underwater vehicle
Yazar: SADETTİN BURAK KILCI
Danışman: DOÇ. DR. SERHAT YILMAZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüz dünyasında; petrol, bor gibi enerji kaynaklarının arama ve tarama çalışmaları, ticaret yolu ile sınır güvenliği, bilimsel araştırmalar gibi faaliyetler; İnsansız Sualtı Araçlarının (İSAA), toplumlar ve devletler için kullanım sayısını ve etkisini büyük ölçüde artırmaktadır. Bu nedenle, İSAA'lar son dönemlerde dünya pazarında öneme sahip olmuşlardır. Özellikle son yıllarda otonom İSAA'larının da yüksek görev başarımları sağlaması ve bu araçların kullanıcı kaynaklı hataların olma ihtimalini ortadan kaldırmasıyla; otonom sualtı araçları üzerindeki çalışmaların sayısı, uzaktan kumandalı yarı otonom İSAA'larına nazaran artmıştır. İSAA'larının tasarımı ile ilgili çalışmalar daha ileri ve verimli noktalara ulaştıkça, araç daha zor ve tehlikeli koşullar altında çalışabilir hale gelmiştir. Bu noktada, çalışmaların amacı sualtı araştırmalarında insana olan bağımlılığı azaltmak olmalıdır. İSAA'larının bu amaç için tasarlanması önemlidir ancak aracın sistemsel olarak karmaşık bir hale geldiği aşikardır.
Çalışmada, bir İSAA'na ait dinamik matematiksel modelinin elde edilmesi ve aşamaları gösterilmiştir. Literatürdeki bazı insansız sualtı araçlarının tasarımı ve özellikleri incelenmiştir. Suda; araçların hareketleri esnasında ne gibi hidrodinamik etkilere maruz kaldığı ve bu hidrodinamik etkilerin formülleri genel olarak elde edilmiştir.
Dört serbestlik derecesine sahip Lucky Fin otonom İSAA'nın tam dinamik modeli elde edilmiştir. Lucky Fin'in karmaşık bir geometriye sahip olması, onun dinamik parametrelerini çıkartmayı matematiksel olarak zor ve zahmetli bir süreç haline getirmiştir. Bu yüzden; dinamik parametreler; bilgisayar destekli matematiksel modelleme, tasarım ve çizim programları yardımıyla hesaplanmıştır. Sualtı robotunun tam dinamik modelinin üç boyutlu çizim programından elde edilen kütle ve atalet parametreleri ile buna bağlı oluşturulan denklemler hesaplanmıştır ve Matlab'ta benzetimi gerçeklenmiştir. Deneysel olarak elde edilen sonuçlarla elde edilen benzetim sonuçları karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır.

Abstract:
In today's world, activities such as energy resources exploration and rapidly escalating commercial and border security rise the number of the use of Unmanned Underwater Vehicles (UUV) greatly and they have gained significant prominence for societies and governments. Hence, UUVs have made their presence felt dramatically in the market. In recent years, especially Autonomous Underwater Vehicles (AUV) have achieved high mission performance and removed the possibility of user-based errors, thus, studies and uses of AUV have risen remarkably against remote-controlled semi-autonomous underwater vehicles. As the studies on the design of UVV reach further and more efficiently , it leads to be able to run under more difficult and dangerous conditions. At this point, the purpose of studies should be to reduce dependence on human beings in underwater researches. Being designed UUVs for this purpose are becoming more crucial but it causes more complex systems to be worked on.
In this study, the dynamic mathematical model of an UVV is obtained and its stages are shown. The design and properties of several UUVs in the literature have been examined. Under water, what hydrodynamic effects occur to during the movement of vehicles and the formulas of these hydrodynamic effects are obtained with general forms of them.
The full dynamic model of Lucky Fin with 4 degrees of freedom AUV which has been designed and developed by the result of co-operation of students and tutors of Kocaeli University Electronics and Communication Engineering has obtained. Lucky Fin's complex geometry has made mathematically difficult and laborious to get its dynamic parameters. Therefore, dynamic parameters were calculated with the help of computer aided mathematical modeling, design and drawing programs. The mass and inertia parameters of the solid model of the UUV were obtained by using SolidWorks. The mass and inertia parameters obtained from the three-dimensional drawing program of the full dynamic model of the Lucky Fin and the related equations were calculated. As the following step, Matlab simulations were performed regarding them. The experimental results and the simulation results were compared and interpreted.