A numerical investigation into the thrust characteristics of the RAS-HA-X25 autonomous underwater vehicle through CFD-based simulation

Grm, Aleksander (avtor), Peljhan, Marko (avtor), Kamnik, Roman (avtor), Dobrevski, Matej (avtor), Majcen, Dominik (avtor), Androjna, Andrej (avtor)

The rapid development of Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) has increased the demand for propulsion systems that balance thrust density, hydrodynamic efficiency, and acoustic discretion. This study presents a comprehensive numerical investigation of the performance of the Blue Robotics T500 thruster, embedded within the RAS-HA-X25 AUV’s internal conduit. Using transient Computational Fluid Dynamics (CFD) within the OpenFOAM framework, this research assesses the propulsive characteristics of the thruster across six distinct outlet geometries, including convergent jet nozzles and multilobed “daisy” configurations. To improve computational efficiency for parametric design, a calibrated actuator disc model was developed and validated against resolved-rotor simulations, revealing a 15 % discrepancy attributed to tip leakage and hub vortex effects. Results show that at the operational advance ratio (J = 0.167), the 60 mm convergent nozzle is the optimal configuration for maximising thrust, achieving a peak net thrust of 42 N. In contrast, the daisy-type lobed geometries, while causing a 50 % reduction in absolute thrust compared to a standard cylindrical pipe, significantly homogenise the exit-plane velocity distribution and reduce swirl intensity. These findings indicate that lobed terminations provide a viable mechanism for reducing hydroacoustic signatures, offering a strategic “stealth” advantage for low-observable underwater platforms where acoustic discretion is prioritised over pure thrust density. This study establishes a robust methodology for optimising embedded propulsion modules in next-generation autonomous and hybrid underwater vehicles.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: propeller, duct, hydrodynamics, BlueRobotics T500 Thruster, outflow nozzle
• Vrsta gradiva: Članek v reviji
• Tipologija: 1.01 - Izvirni znanstveni članek
• Organizacija: FPP - Fakulteta za pomorstvo in promet ; FS - Fakulteta za strojništvo ; FE - Fakulteta za elektrotehniko; FRI - Fakulteta za računalništvo in informatiko
• Status publikacije: Objavljeno
• Različica publikacije: Objavljena publikacija
• Leto izida: 2026
• Št. strani: Str. 1-27
• Številčenje: Vol. 14, no. 7
• PID: 20.500.12556/RUL-182852
• UDK: 533.662.2:629.014.9
• ISSN pri članku: 2077-1312
• DOI: 10.3390/jmse14070600
• COBISS.SI-ID: 272915459
• Datum objave v RUL: 25.05.2026

Gradivo je del revije

• Naslov: Journal of marine science and engineering
• Skrajšan naslov: J. mar. sci. eng.
• Založnik: Multidisciplinary Digital Publishing Institute
• ISSN: 2077-1312
• COBISS.SI-ID: 523219993

Licence

• Licenca: CC BY 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva 4.0 Mednarodna
• Povezava: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.sl
• Opis: To je standardna licenca Creative Commons, ki daje uporabnikom največ možnosti za nadaljnjo uporabo dela, pri čemer morajo navesti avtorja.

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik

Izvleček

Raziskovalni članek obravnava razvoj naprednih pogonskih sistemov za avtonomna podvodna vozila (AUV), ki omogočajo optimalno razmerje med potiskom, učinkovitostjo in nizko zvočno zaznavnostjo. Z uporabo numeričnih simulacij (CFD) so analizirane različne geometrije iztoka, ki vplivajo na zmogljivost in prikritost delovanja. Rezultati kažejo, da določene konfiguracije povečujejo potisk, druge pa pomembno zmanjšujejo akustični podpis vozila. To omogoča razvoj bolj prikritih in učinkovitih podvodnih sistemov. Raziskava neposredno podpira razvoj podvodnih dronov za nadzor, zaščito in varovanje pristanišča Koper. Poleg tega omogoča optimizacijo delovanja v kompleksnih podvodnih okoljih, kjer sta zanesljivost in avtonomija ključnega pomena. Prispeva tudi k večji tehnološki neodvisnosti in konkurenčnosti Slovenije na področju naprednih pomorskih in obrambnih tehnologij.

• Ključne besede: propeler, obtočni kanal, hidrodinamika, potisnik BlueRobotics T500, iztočna šoba

Projekti

• Financer: ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
• Številka projekta: L7-60164-2025
• Naslov: Trajnostni in digitalni okvir za varnost in zaščito v pristaniščih

• Financer: ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
• Številka projekta: P2-0228-2022
• Naslov: Analiza in sinteza gibanja pri človeku in stroju