Bir denizaltının tam parametrik cad modeliyle hidrodinamik optmizasyonu

Bu çalışma; bir denizaltının tam batma durumunda maruz kaldığı sürükleme kuvvetini azaltmak için yapılan dört farklı optimizasyon çalışmasının verimliliklerini kıyaslamak amacıyla yapılmıştır. Çalışmada kullanılan denizaltı DARPA SUBOFF AFF-1 olup, bu tasarımın tam batma durumundaki hidrodinamik performansını artırmak hedeflenmiştir. İlk olarak bu denizaltı tasarımının literatürde yer alan hidrodinamik deneyi ile yakın sonuçlar alınması hedefiyle ağdan bağımsızlık çalışması gerçekleştirilmiş ve en uygun çözüm ağı bulunmuştur. Devamında literatürde yer alan denizaltı optimizasyon çalışmaları incelenerek en çok kullanılan tasarım değişkenleri ve tasarım kısıtları araştırılmış ve bunlar dört farklı optimizasyon çalışmasına bölünmüştür. Sonrasında, tasarım CAESES ortamında tam parametrik modellenmiş olup bu modelleme esnasında, her bir optimizasyon çalışmasının tasarım limitleri ve tasarım kısıtlarına göre parametrik modelde değişiklikler yapılmıştır. Tüm optimizasyon çalışmalarında Lackenby yöntemi kullanılarak türetilen yeni tasarımların sephiye merkezlerinin DARPA SUBOFF AFF-1 ile aynı kalması sağlanmıştır. Bu sayede türetilen tüm tasarımların manevra kabiliyetleri sabit tutularak sadece hidrodinamik karakteristikleri değiştirilmiştir. Optimizasyon çalışmaları iki adımda gerçekleştirilmiştir. İlk adımda Deney Tasarımı, ikinci adımda ise Tanjant Arama Algoritması kullanılmıştır. Bu adımlarda, CAESES tarafından sırasıyla toplam 1044, 532, 347 ve 532 farklı tasarım türetilmiştir. Bu tasarımlar için, ANSYS Fluent ortamında, deney ile doğrulanan CFD simülasyon modeli ile çözüm alınıp sonuçlar direnç kuvveti üzerinden değerlendirilmiştir. Çalışma sonrasında, her bir optimizasyon çalışmasında elde edilen optimum tasarımlarda DARPA SUBOFF AFF-1'e kıyasla sırasıyla yaklaşık %13, %8, %9 ve %10 daha düşük direnç kuvvetleri elde edilmiştir. Buna ek olarak, herhangi bir denizaltı tasarımının maruz kaldığı sürükleme kuvveti azaltılmak istendiğinde göz önüne alınması gereken tasarım limitlerine göre sürükleme kuvvetini en fazla azaltan optimizasyon çalışması ve bu çalışma sonrası elde edilen optimum tasarımın ilk tasarımla olan ilişkisi öğrenilmiştir. Diğer taraftan, optimizasyon öncesi herhangi bir tasarım limiti bulunmaması halinde, mevcut tasarımın manevra kabiliyetini değiştirmeden sürükleme kuvvetini azaltmanın en verimli yöntemi de öğrenilmiştir. Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Hidrodinamik Optimizasyon, Deney Tasarımı, Tanjant Arama Algoritması, DARPA