Airfoil Optimizasyonu
Bu çalışma, parametrik airfoil geometrilerinin OpenFOAM tabanlı CFD altyapısı kullanılarak sistematik şekilde analiz ve optimize edilmesini sağlayan entegre bir tasarım–analiz platformudur. Platform; geometri parametrizasyonu, otomatik mesh üretimi, RANS tabanlı aerodinamik çözüm, performans metriklerinin hesaplanması ve çok amaçlı optimizasyon algoritmalarının yürütülmesini tek bir iş akışında birleştirir. Böylece farklı görev profilleri ve Reynolds sayıları için yüksek verimli, imalata uygun airfoil profilleri hızlı ve tekrarlanabilir şekilde elde edilir.
3D Model Yükleniyor...
Lütfen bekleyiniz
Problem
Airfoil tasarımı, akış rejimi, Reynolds sayısı, görev profili ve geometrik kısıtlar arasındaki çok değişkenli etkileşimler nedeniyle yüksek boyutlu bir optimizasyon problemidir. Konvansiyonel tasarım süreçlerinde; geometri modifikasyonları manuel yapılmakta, her iterasyon için mesh oluşturma ve CFD çözümü ayrı ayrı yürütülmekte, bu da tasarım uzayının yeterince taranamamasına neden olmaktadır. RANS tabanlı analizlerin zaman maliyeti, deneysel yöntemlerin kısıtlılığı ve parametrik kontrol eksikliği nedeniyle optimum aerodinamik performansa sahip profillerin sistematik olarak geliştirilmesi zorlaşmaktadır. Bu nedenle, otomatik mesh jenerasyonu, tutarlı çözüm koşulları ve çok amaçlı optimizasyon algoritmalarını entegre eden bir hesaplamalı tasarım altyapısına ihtiyaç duyulmaktadır.
Çözüm
Geliştirilen sistem, parametrik airfoil modeli ile OpenFOAM tabanlı CFD çözücülerini tek bir otomatik mühendislik iş akışı altında birleştirmektedir. Airfoil profili; kalınlık dağılımı, kamburluk fonksiyonu, hücum kenarı yarıçapı ve firar kenarı inceliği gibi tasarım değişkenleri üzerinden parametrik olarak tanımlanır. Bu parametre seti, optimize edilecek tasarım uzayını oluşturur. Süreç, adaptif sınır tabaka çözünürlüğüne sahip otomatik mesh üretimi, k–ω SST gibi endüstri standartı türbülans modelleri ile RANS çözümleri, yüzey basınç dağılımlarının çıkarımı, lift–drag katsayılarının hesaplanması ve L/D optimizasyonu için çok amaçlı algoritmaların çalıştırılması şeklinde entegre yürütülür. Sistem; çözüm koşullarını, akış rejimini, hücum açısı varyasyonlarını ve geometrik kısıtları otomatik olarak yöneterek, tasarım uzayının yüksek çözünürlükte taranmasını sağlar.
Sonuçlar
Aerodinamik Performans Artışı: Optimize edilen airfoil profilleri referans geometrilere kıyasla %10–25 arası daha yüksek C/Lve /C/D oranı sunmuştur.
Sürükleme Azalması: Subsonik ve düşük transonik koşullarda toplam sürükleme katsayısında anlamlı düşüşler (C/D ≈ −0.005 ila −0.015) elde edilmiştir.
Basınç Dağılımı İyileştirmesi: Yüzey basınç gradyeni
hücum kenarı yakınında daha düzgün dağılmış; akış ayrılması daha geç meydana gelmiştir.
Sınır Tabaka Stabilitesi: Optimize edilen geometrilerde laminer–türbülans geçiş bölgesi daha öngörülebilir hâle gelmiş ve ayrılma eğilimleri azalmıştır.
Yüksek Reynolds Sayılarında Kararlılık: 5×10⁵ – 3×10⁶ Reynolds aralığında performans sapmaları minimize edilmiştir; lift karakteristiği daha düz ve stabil seyretmiştir.
Tasarım Sürecinde Zaman Kazancı: Otomatik mesh–analiz–optimizasyon iş akışı sayesinde tek bir optimizasyon döngüsü manuel süreçlere göre ≈ %60 daha kısa sürede tamamlanmıştır.
Mühendislik Karar Destek: Her çözüm seti için C/L ; C/D ; C/M ; L/D oranı gibi metrikler tablolaştırılmış ve kıyaslanabilir formatta raporlanmıştır.
Modüler Genişletilebilirlik: Mevcut yapı 3D kanat profili analizleri yapısal sonlu eleman entegrasyonu ve çok disiplinli optimizasyon (MDO) altyapısına uyumludur.
HPC Uyumlu Mimari: OpenFOAM çözücüleri batch modda SLURM gibi scheduler'lar üzerinden paralel çalıştırılacak şekilde yapılandırılmıştır.