Adjoint based aerodynamic shape optimization of subsonic submerged intake

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2021

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ALI AHMED

Danışman: İSMAİL HAKKI TUNCER

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmada, yüzeye gömülü bir ses-altı hava alığının şekil optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Amaç fonksiyonlar olarak aerodinamik arayüz düzlemindeki toplam basınç ve kaldırma kuvveti tanımlanmıştır. Sürüklenme kuvveti ise kısıtlanmış ve ceza fonksiyonu olarak belirlenmiştir. Katı modelleme için SALOME, hibrit çözüm ağı üretimi için GMSH, akış çözümü ve adjoint tabanlı şekil optimizasyonu için ise SU2 olmak üzere açık kaynaklı kodlar kullanılmıştır. Şekil parametrizasyonu ve yüzey deformasyonları, Serbest Şekil Deformasyon kafesi aracılığıyla yapılmıştır. Öncelikle, düz plaka üzerine yerleştirilmiş NACA alığı ses-altı şartlarda çözülmüş ve sonuçlar referans çalışma ile karşılaştırılmıştır. Ardından, tek-amaçlı şekil optimizasyonu yapılmış ve tasarım döngüleri sonucunda kaldırma/sürüklenme katsayıları oranı ($C_L/C_D$) 0.08'den 0.53'e iyileştirilmiştir. İkinci bir çalışma ise, bir narin aerodinamik gövde içerisine yerleştirilmiş ikizkenar yamuk (trapezoidal) girişli hava alığı üzerine yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar referans çalışma ile karşılaştırılmış ve optimizasyon için baz model olarak kullanılmıştır. Şekil, çok-amaçlı bir fonksiyon için ve çoklu Serbest Şekil Deformasyon kafesleri ile optimize edilmiştir. Şekil deformasyonu sürecinde, hava alığı ve gövde aynı düzlemde tutulmuştur. Daha sonra, hava alığının iç yüzeyinin optimizasyon adımlarında deforme olmasına müsaade edilmiştir. Basınç geri kazanımı $\%3$ artırılmıştır. Üçüncü çalışma da benzer olmakla birlikte narin gövdedeki dairesel bir girişi içermektedir. Burada, hava alığı bölgesini tek bir Serbest Şekil Deformasyon kafesi içine almaktadır ve optimizasyon işlemi yarı-gömülü bir şekil oluşturacak şekilde deformasyona müsaade edilmiştir. Toplam basınç geri kazanımında $\%2$ artış ve $C_L/C_D$ oranında $\%10$ iyileşme sağlanmıştır. Son çalışmada ise yine trapezoidal girişli hava alığı ele alınmıştır. Optimizasyon süreci, üçüncü çalışmaya benzer şekilde işletilmiştir. Hava alığı yüzeyinde kayda değer bir deformasyon sonucunda optimum şekil elde edilmiş ve nihayetinde yarı-gömülü bir hava alığı oluşturulmuştur. Toplam basınç geri kazanımında $\%6$ artışın yanı sıra $0.04$'lük bir $C_L/C_D$ oranı elde edilmiştir.