Dissertations / Theses on the topic 'Manoeuvrability'

This is a master thesis conducted during the autumn and winter 2010-2011 at KTH Centre for Naval Architecture in collaboration with Wallenius Marine AB. Traditionally the hull lines of typical Pure Car and Truck Carriers have been optimized for minimum resistance when going on a straight path and for maximum cargo capacity. This has resulted in vessels with slender underwater body, very high vertical centre of gravity and large flares in the waterlines of the aft body to provide form stability. Dynamic behaviour, such as manoeuvrability, has not been in main focus while designing the hulls. To create a tool for assessing the manoeuvrability, a model describing the motions in four degrees of freedom of a vessel have been developed. The equations of motion in surge, sway, yaw and roll are set up and solved numerically in Matlab. The code has been validated against available benchmark results and calibrated using trial data from a number of vessels from the Wallenius fleet. Good compliance to trial results is achieved for the initial part of a turn but some problems occur in the later part. Both trials and simulations indicate on very good turning and yaw checking abilities among the investigated vessels but also a tendency of dynamic instability.

In 1996 the state of Nepal was challenged by a Maoist insurgency, resulting in a decade-long civil war. During the course of the subsequent peace process the parliamentary parties found themselves agreeing to significant political changes, including a republican constitution. This study approaches the Nepal case on the assumption that the discursive aspect of social relations is one important factor in understanding how specific events unfold and why actors do one thing and not another. Two frames are investigated using frame analysis in terms of their representation of problem, cause and solution: a terrorism frame from the period of conflict and a peace frame from the period of conflict resolution. The terrorism frame is categorised as a negative frame and the peace frame as a positive frame. This overarching difference is found to have implications for the effects of the respective frames. In contrast to traditional frame analysis, which tends to focus on the success of a frame and the effects on a specific audience, this study investigates the effects of frames on the actors involved in the framing process in terms of their perceived manoeuvrability for action. This approach is formalised in a model of four types of logic of actor effects that is applied to the Nepal case. The analysis of frame effects is based on first-hand interviews with key actors, such as former prime ministers and top leaders of political parties and civil society. From this material, the study gives insight into how the two frames influenced the actors’ perceived manoeuvrability. This actor-centred approach shows that the frames affected the actors in both enabling and restrictive ways and thus influenced the outcome in Nepal. For example, it is shown that frames created during the conflict were considered a prerequisite for the legitimate use of military force. The study also shows the unintended effects of framing, captured in the model as the effect of self-entrapment, and highlights the coercive character of ideas in making actors perceive themselves as forced to take a certain action or position.

This diploma thesis deals with a stability and manoeuvrability of experimental aircraft VUT 001 MARABU. It contains calculation of aerodynamic stability derivations and other data necessary for evaluation of static and dynamic stability. Assessment of convenient autopilot.

Un couplage entre deux méthodes complémentaires est proposé pour déterminer les efforts transversaux s'exerçant sur une carène. La première méthode résout les équations de Navier-Stokes parabolisées en formulation vitesse longitudinale-vorticité longitudinale autour d'un corps élancé en dérapage. L'utilisation d'un mailleur dynamique de sections 2D permet de s'affranchir de la création et du stockage d'un maillage tridimensionnel. La résolution du problème non-linéaire est effectuée à l'aide d'une méthode itérative de minimisation du résidu discret des équations ne nécessitant pas le stockage et l'inversion d'un système linéaire. L'algorithme développe s'avère robuste et plus économique que les classiques solveurs ADI. La seconde méthode utilise le champ de vorticité obtenu par le code parabolise pour créer une approximation tourbillonnaire discrète et consistante du champ de vorticité tridimensionnel dans une méthode intégrale en imposant une forme prédéterminée aux lignes-tourbillon a la paroi. La méthode parabolisée est validée en dimension 3 sur plusieurs corps élancés dont la carène série 60. Les principaux phénomènes tourbillonnaires observes expérimentalement sont correctement reproduits.

L'estimation des performances manoeuvrières d'un navire est une étape indispensable pour garantir la sécurité d'un navire, de ses occupants et de tout ce qui l'entoure (environnement, autres navires). L'objectif de cette thèse est d'adapter un code de calcul Navier-Stokes à surface libre afin de simuler numériquement des manoeuvres de sous-marins ou de bâtiments de surface. Les premiers chapitres de ce manuscrit sont consacrés à la définition des équations de Navier-Stokes, à leur linéarisation puis à leur discrétisation, necéssaire à leur utilisation numérique. Un bref chapitre présente ensuite les différents types de topologies de maillages et expose les premiers avantages de l'utilisation de maillages multi-blocs. Les modifications apportées au code de calcul afin de prendre en compte cette nouvelle topologie de maillage sont ensuite présentées avec leurs validations associées. L'ensemble des fonctionnalités nécessaires à la simulation d'un navire autopropulsé en manoeuvre est ensuite détaillé. Le code de calcul étant voué à une utilisation industrielle, le temps de restitution des résultats doit être relativement faible. Ainsi, une description des phases d'optimisation et de parallélisation effectuées sur le code initial mono-bloc est décrite. Enfin, les deux derniers chapitres présentent, d'une part une validation effectuée sur un cas test de sous-marin (DARPA SUBOFF) sur une large gamme de configurations modèle bridé en comparaison à des valeurs de coefficients hydrodynamiques issus d'essais expérimentaux, et d'autre part des applications de manoeuvrabilité de navire (sous-marins ou bâtiment de surface) autopropulsé modèle libre (remontée feuille morte, giration, zigzag)
Estimating the performances of ship maneuverability is a necessary stage to guarantee the safety of the crew and of the surrounding environment. The objective of this PhD thesis is to adapt a free surface Navier-Stokes computational code in order to be used for a submarine or ship maneuverability modeling. The first chapters are dedicated to the definition of Navier-Stockes equations and their linearization and discretization that are used for the numerical scheme. Then, a brief chapter presents the different mesh topologies and advantages of using the multi-block meshing approach. The developments implemented into the code to take into account this innovating meshing topology are presented, as well as a the associated validation test cases. The overall functionabilities needed for an auto-propulled maneuvering ship are then detailed. The CPU time must be relatively low since the numerical code is dedicated to an industrial use. Hence, a description of optimization and parallelization stages performed on the initial single-block code is described. To conlude, the two last chapters present a validation test case end possible industrial applications enable by the developments performed. The validation test case is performes on a submarine (DARPA SUBOFF) on a wide range of fixed model configurations, and results are compared to experimental hydrdynamic coefficient. Possible configurations of submarine or ship maneuverability in auto-propolled and free model configurations are presented, such as turning cricle maneuver, pullout, zigzag. .

Cette thèse traite de l'évaluation et de l'optimisation de la locomotion de systèmes mobiles reconfigurables. Elle développe les aspects multimodaux pour des systèmes multipodaux. Un système robotique mobile doit être capable de se déplacer dans tous types d'environnements et sur tous types de terrains. Une des principales difficultés de la locomotion réside dans l'évitement ou du franchissement d'obstacles que le système peut rencontrer : monticules, cavités, pentes, marches, bâtiments effondrés,. . . Cette thèse introduit un nouveau système mobile utilisant ses mobilités internes pour réaliser le franchissement d'obstacles. Ce système est composé d'un assemblage de monocycles à roues activement articulés. Sa topologie reconfigurable permet une adaptation maximale au relief du terrain ainsi que plusieurs modes de locomotion lui permettant d'évoluer dans des environnements difficiles. Une étude quantitative basée sur la consommation énergétique moyenne d'un module permet de classifier ces modes en fonction de leurs performances face à divers obstacles. Une méthode basée sur le découplage des équations de la dynamique est mise en œuvre pour optimiser les mouvements lors de scénarios de locomotion. Elle permet de générer des couples quasi-optimaux pour franchir des obstacles durant les phases de locomotion. Une plateforme mobile autonome appelée RobuROC6, issue du projet MiniROC, est traitée comme exemple d'application. RobuROC6 est composé de trois monocycles à roues, passivement articulés. Une méthode de modélisation de systèmes multipodaux basée sur la théorie des vissages de mécanismes asymétriques, parallèles et contraints est proposée. Elle permet d'étudier et d'évaluer cinématiquement la manipulabilité du robot au cours du franchissement d'une marche. Du point de vue dynamique, une étude est menée sur la manœuvrabilité dans le plan horizontal de la plateforme mobile. Ses trajectoires sont simulées pour des évolutions sur des pentes avec des inclinaisons diverses ainsi que sur différents types de sol, pour un taux de glissement longitudinal fixé. Un ralliement de cible est ensuite expérimenté avec un taux de glissement variable durant la simulation, afin d'observer son influence tout au long de la trajectoire.

La problématique de l'utilisation de matrices photosensibles de technologie CMOS-APS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor-Active Pixel Sensor) en remplacement des CCD (Coupled Charge Device) pour l'application de visée stellaire est étudiée. Après un rapide exposé des techniques et méthodes associées aux viseurs stellaires, une caractérisation des matrices APS est menée, ainsi qu'une étude portant sur l'utilisation des signaux provenant de gyromètres à technologie vibrante. A l'issue de ces études préliminaires, l'architecture est adoptée et les outils algorithmiques analysés. En particulier, deux algorithmes de reconnaissance de motif d'étoiles robustes au bruit spatial sont proposés. Des méthodes de fusion de données basées sur le filtrage de Kalman et l'algorithme REQUEST (REcursive QUaternion EStimator) sont étudiées. Les solutions optimales sont retenues pour aboutir à un système de mesure d'attitude viable basé sur l'utilisation d'une matrice APS hybridée avec un bloc gyrométrique tridimensionnel. Ce système est robuste à haute dynamique, restitue l'attitude à haute fréquence, consomme peu d'énergie, utilise des composants à bas coût et de technologie pérenne
The use of CMOS-APS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor-Active Pixel Sensor) photodetector arrays instead of CCD (Coupled Charge Device) in the star tracker applications is studied. Star trackers associated technologies and methods are first exposed. In a second time, characterisation of an APS imaging is done. The same study concerning the gyros is conducted. A conclusion allows to estimate the necessary modifications concerning the computation operations. The algorithmical approach is then examined. Two star pattern recognition algorithms, noise tolerant, are proposed. Data fusion methods, based on Kalman filter and REQUEST (REcursive QUaternion EStimator) alogithm are studied. Optimal solutions are selected to result to an attitude measurement system composed of an APS imaging array hybridised with an tri-axis gyro bloc. This system is high dynamic robust, delivers a high frequency attitude information, has a low power consumption and uses low cost components

Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre et le coût du transport maritime, l'utilisation des cerfs-volants comme système de propulsion auxiliaire des navires est prometteuse. Pour estimer les performances et l’opérabilité d’un navire tracté par cerf-volant, une modélisation dynamique du système est alors mise en oeuvre. Une modélisation analytique de cerf-volant est utilisée. Ce modèle néglige la masse du cerf-volant et suppose que les lignes sont droites et indéformables. Ces hypothèses conduisent à un modèle cinématique dépendant du coefficient de portance et de la finesse aérodynamique. Une évolution linéaire des coefficients aérodynamiques en fonction de la courbure de la trajectoire de vol est proposée. Par ailleurs, en développant un modèle quasi analytique de ligne, il est montré qu’à partir de 2 m.s-1 de vent relatif que l’hypothèse de ligne droite est raisonnable. En se basant sur un modèle de ligne, un critère analytique de vitesse de vent minimum permettant un vol quasi-statique est présenté. Dans le but de résoudre l’ensemble des termes d’interaction entre le cerf-volant et le navire, un modèle linéarisé de tenue à la mer temporelle est développé. Le produit de convolution de la réponse impulsionnelle du navire est calculé avec des systèmes d’états. Cependant comme celle-ci représente mal les mouvements horizontaux des navires, le modèle développé est alors couplé à un modèle de manoeuvrabilité. Pour étudier les interactions entre le cerf-volant et le navire un couplage monolithique et un couplage dissocié sont comparés. Le couplage dissocié néglige l’influence des mouvements du navire sur le vol du cerf-volant. En cas de mer calme, les résultats obtenus par les deux types de couplage sont très proches. En cas de houle régulière les mouvements du navire sont principalement causés par la houle. Le couplage monolithique montre qu’un réseau de sous-harmoniques basse fréquence apparait alors dans le spectre d’excitation du navire. La fréquence fondamentale des sous-harmoniques est donnée par la différence entre la fréquence de vague et la fréquence de l’harmonique la plus proche de l’excitation du kite. Quand cette différence est suffisamment petite, un phénomène d’accrochage apparait. Ce phénomène est bénéfique pour le cerf-volant et le navire quand le décalage des harmoniques d'excitation correspond à une augmentation. Par ailleurs, une étude de la stabilité de route montre qu'il est nécessaire de contrôler activement le safran
In order to reduce greenhouse gas emissions and shipping costs, the use of kites as an auxiliary propulsion device for ships is promising. In order to estimate the performance and the operability of a kite-towed vessel, a dynamic modeling of the system is implemented. A classical kite modeling is used. This model neglects the mass of the kite and assumes straight and inelastic tethers. These assumptions lead to a kinematic model depending on the lift coefficient and the aerodynamic lift to drag ration angle. A linear evolution of these aerodynamic coefficients as a function of the curvature of the flight path is proposed. In addition, by developing a quasi-analytical line model, it is shown that from 2 m.s-1 of relative wind the straight tether assumption is reasonable. Based on the tether model, an analytical criterion assessing the minimum wind speed to enable a quasi-static kite flight is developed. To solve all the interaction terms between the kite and the ship, a time domain seakeeping model based on the linearized ship equation of motion assuming a potential flow is developed. The convolution product of the impulse response of the ship is computed with state-space systems. However, since horizontal ship motions are not well represented by such theories, a coupling with a maneuvering model is presented.Comparisons to experimental data tests show good agreements. To study the interactions between the kite and the ship, a monolithic coupling and a dissociated coupling are compared. The dissociated coupling neglects the influence of ship motions on the kite flight. In a calm water case, results obtained by the two types of coupling are very close. In regular waves, ship motions are dominated by the wave influence. Thus, with the monolithic coupling, a network of low frequency subharmonic appears in the kite excitation spectrum. The fundamental frequency of the subharmonic is given by the difference between the wave frequency and the frequency of the nearest kite excitation harmonic. When this difference is small enough, a lock-in phenomenon appears. This phenomenon is a benefit for the kite and the ship when the shift of the excitation harmonics corresponds to an increase. Furthermore, a course keeping stability study shows that the rudder needs to be actively controlled

La manœuvrabilité des navires dépend de deux grands ensembles : (1) le navire, le système propulsif et les forces hydrodynamiques ; (2) l’influence des forces de confinement (interaction entre navire-berge/profondeur, navire-navire,. . ), de perturbation d’environnement (vent, courant,. . ), et du phénomène de grand instabilité du roulis. L’objectif de cette thèse de doctorat porte tout d’abord sur la modélisation et la simulation de la manœuvrabilité du navire, ensuite sur l’identification des coefficients hydrodynamiques prépondérants à partir des essais en mer, et sur la simulation et l’analyse de l’influence de confinement, des perturbations d’environnement et du roulis
Ship manoeuvring depends on two sets : (1) ship, propulsive system and hydrodynamic forces ; (2) influence of environmental perturbation forces (wind, current,. . ), of confined interaction (ship-bank/bottom, ship-ship,. . ) and parametric roll. The objectives of this PhD thesis focus firstly on ship manoeuvring modeling and simulation, then on preponderant hydrodynamic coefficient identification from sea trials, and finally on simulation and analysis of environmental perturbation influence and of roll

Dans cette thèse, l'hydrodynamique des navires lors du transport par voies navigables et des manœuvres sont étudiées à l'aide de la CFD (Computational Fluid Dynamics) basée sur OpenFoam. Des études de validation et de vérification sont réalisées pour la convergence de maillage, la convergence de pas de temps, la sensibilité aux modèles de turbulence et les techniques de maillage dynamique. Un solveur de mouvement 6DoF basé sur quaternion est mis en œuvre pour les prédictions d'assiette et d'enfoncement. Les effets environnementaux sur plusieurs bateaux de navigation intérieure (convoi 1, convoi 2, automoteur) sont étudiés à l'aide de modèles numériques validés. Trois aspects importants sont simulés: l'effet de confinement de la voie navigable, le croissement et l'interaction bateau-pile de pont. Les conditions d’essai couvrent un large éventail, y compris les différentes dimensions du canal, la profondeur de l’eau, le tirant d'eau et la vitesse. La résistance du navire, le type de vague, l’angle de Kelvin et l’élévation de la vague à des positions spécifiques sont étudiés en fonction de ces paramètres. La manœuvre des navires est étudiée à l’aide de tests de modèles captifs virtuels basés sur le modèle MMG (Mathematical Maneuvering Group). Un disque d'actionneur est implémenté pour remplacer l'hélice réelle. Les tests d'un modèle KVLCC2 sont effectués pour obtenir les coefficients hydrodynamiques de l'hélice, du gouvernail et de la coque du navire. En utilisant les coefficients obtenus, des simulations de manœuvre sont effectuées et validées. Ces études reproduisent des tests de navires réels et prouvent ainsi la validité de nos modèles numériques. En conséquence, le solveur numérique est prometteur dans les simulations d'hydrodynamique des navires et d'ingénierie marine
In this thesis, the ship hydrodynamics during inland waterway transport and ship maneuvering are investigated using CFD (Computational Fluid Dynamics) based onOpenFoam. Validation and verification studies are carried out for the mesh convergence, time step convergence, sensitivity to turbulence models and dynamic mesh techniques. A quaternion-based 6DoF motion solver is implemented for the trim and sinkage predictions. Environmental effects on several inland vessels (convoy 1, convoy 2, tanker) are studied using the validated numerical models. Three important aspects, the confinement effect of the waterway, head-on encounter and ship-bridge pile interaction are simulated. The testing conditions cover a wide range, including various channel dimensions, water depths, ship draughts and speeds. The ship resistance, wave pattern, Kelvin angle and wave elevation at specific positions are investigated as functions of these parameters. Ship maneuvering is investigated using virtual captive model tests based on the MMG (Mathematical Maneuvering Group) model. An actuator disk is implemented to replace the real propeller. Open water test, rudder force test, OTT (Oblique Towing Tank test) and CMT (Circular Motion Test) of a KVLCC2 model are carried out to obtain the hydrodynamic coefficients of the propeller, rudder and ship hull. Using the obtained coefficients, system-based maneuvering simulations are carried out and validated using the free running test data. These studies reproduce real ship tests and thus prove the validity of our numerical models. As a result, the numerical solver is promising in ship hydrodynamics and marine engineering simulations

Low Intensity Conflict (LIC) is a significant feature of the contemporary world and it is a particular challenge to the armed forces of many states which are involved is such conflict, or are likely to become so. This thesis is not concerned with how such difficult conflict situations arise. Rather it is concerned with how, from the point of view of the state, they may be contained and ultimately brought to a satisfactory resolution. The work is thus concerned with the practicalities of ending LIC. More specifically, the purpose of this research is to establish a framework of doctrinal and military principles applicable to the prevention and resolution of LIC. The principles of this thesis are based in numerous historical examples of LIC and six in depth case studies. These distilled principles are analysed in two central chapters, and are then applied in two latter defence force chapters so as to ensure there practicality and resilience. Numerous defence academics and military practitioners have been consulted in the production of this thesis; their contribution has further reinforced the functionality of the principles examined in this research. The research illustrates the criticality of a holistic approach to LIC. The function of this approach is to guarantee the stability of the sovereign state, by unifying civil, police, intelligence and military services. The effectiveness of the military elements must also be ensured, as military force is central to the suppression of LIC. Consequently, the research makes strategic and operational prescriptions, so as to improve the capability of defence forces that are concerned with preventing or resolving LIC.

碩士
國立彰化師範大學
生物學系
106
There are four types of aerial manoeuvrability for creatures: flapping flight, classical gliding, directed aerial descent and parachuting. Directed aerial descent refers to the locomotion of wingless arthropods to quickly perform aerial righting after falling, keeping the ventral surface downward and controlling the direction of landing (e.g., spiders and arboreal bristletails). Previous studies have found that arboreal wingless arthropods can exhibit good directed aerial descent abilities. Among them, the canopy gliding ants are vulnerable to wind, birds, or other predators when they are active. They fall from high places to avoid threats, and use the swing of the appendage to control the aerodynamic force and aerial righting quickly. Landing posture to increase the success rate of belly landing on the original trunk. The purpose of the study was to observe the aerial manoeuvrability of ant workers in different habitats in Taiwan. The ant was dropped from the wind tunnel and recorded with a high speed camera. It was found that the arboreal ants quickly righting the body and balanced it with the aerodynamics when falling, and there were two kinds of aerial righting postures. However, there was no aerial ability for ground – dwelling ants. The arboreal ants have a higher chance to move horizontally and can use the posterior leg to attach to the wall of the working area, while the ground – dwelling ants tend to fall vertically. Through this study, we learned that Taiwan's arboreal ants have better aerial manoeuvrability and understand the behavior of ants in the wild.

博士
國立臺灣海洋大學
系統工程暨造船學系
105
This research aims to provide safety criteria for collision avoidance based on ship’s manoeuvrability, including of COLREGS-compliant strategies, magnitude of course alteration and critical time to manoeuvre. A model of the dynamic game of complete information (DGCI) is adopted to analyze the two stages of overtaking, head-on and crossing situations so that the COLREGS-complaint strategies are obtained. The magnitude of course alteration and the alteration time are determined by algebraic equations which are derived from the geometric properties. Considering ship’s manoeuvrability, an equation for estimating the physical time delay is derived from the MSC.137(76) Standards for Ship Manoeuvrability. The critical time for stand-on vessel can be determined by alteration time and physical time delay based on the definition of close-quarters situations. It subsequently serves as an alteration point for give-way vessel. The magnitude of course alteration for give-way vessel can thus be yielded by its alteration time. With correction of the physical time delay, the critical time for give-way vessel can be determined. Finally, three real cases are analyzed to verify the proposed approaches and demonstrate that they can serve as criteria to ensure navigation safety for practical applications.

В магистерской диссертации определены закономерности изменения тягово-эксплуатационных свойств и конструктивной безопасности автопоезда при модернизации тягово-сцепного устройства, уточнены методики определения параметров опорно-поворотного устройства с наклонной поворотной платформой, предложены конструкции тягово-сцепных устройств и представлены результаты испытаний масштабной модели автопоезда на ленточной конвейерной дорожке.
This master thesis the regularities of the change of traction and the performance and structural safety of the trains when upgrading trailer hitch, refined methods of determining the parameters of support-rotating device with a tilted turntable and the proposed design of the hitch and the results of tests of scale model train on a conveyor track.