Development of a dynamic measuring apparatus for AUV in towing tank experiments

Underwater unmanned vehicles are nowadays cutting-edge technologies that will find multiple applications in the near future. They permit the exploration of the deepest oceans, widening the possibility of research in the maritime field. This thesis is part of the MUM research project, whose ultimate goal is the development of a new class of modular vehicles. The construction of an extra-large autonomous full-scale submarine is planned for 2025. For the design phase, the hydrodynamic optimization of its shape is a requirement to achieve excellent manoeuvrability. This can be carried out starting with towing tank tests. The innovative design of an automized measuring apparatus for the execution of towing tank experiments with AUV is presented here. It allows the dynamic control of the model in five degrees of freedom while measuring reaction forces and torques. First, the mechanical design is introduced, including the selection of actuators and sensors and their implementation into the system. PLC connections and the first development stages of the control algorithm are then described. The construction phase of the apparatus has started and the creation of a mock-up has proved the functionalities of the system. Initial results are promising and the measuring platform is expected to meet the project requirements, allowing the evaluation of the hydrodynamic parameters.

I veicoli subacquei a guida autonoma rappresentano una tecnologia all'avanguardia che troverà molteplici applicazioni nel futuro prossimo. Essi consentono l'esplorazione degli oceani più profondi, ampliando le possibilità di ricerca in campo marittimo. Questa tesi fa parte del progetto di ricerca MUM, il cui obiettivo finale è lo sviluppo di una nuova classe di veicoli modulari. La costruzione di un sottomarino autonomo extra-large in scala reale è prevista entro il 2025. Il perfezionamento idrodinamico della sua forma è un requisito per la fase di progettazione, con lo scopo di raggiungere la manovrabilità ottimale. Esso può essere perseguito a partire dall’esecuzione di test in vasca navale. In questo documento viene presentato il progetto innovativo di un apparato di misurazione automatizzato per l’esecuzione di esperimenti di traino con veicoli sottomarini. Esso consente il controllo dinamico del modello in cinque gradi di libertà misurando, al contempo, forze e coppie di reazione. In primo luogo, viene introdotta la progettazione meccanica, con un focus sulla selezione e l'implementazione di attuatori e sensori. Vengono poi descritti i collegamenti al PLC e le prime fasi di sviluppo dell'algoritmo di controllo. Il processo di costruzione di questo apparato è stato avviato, e la realizzazione di una configurazione di prova ha permesso di testare le funzionalità del sistema. I risultati iniziali sono promettenti e si prevede che la piattaforma di misura soddisferà i requisiti del progetto, consentendo la valutazione dei parametri idrodinamici.