Hydrodynamic optimization of the submarine wtih a fully parametric cad model
Bir denizaltının tam parametrik cad modeliyle hidrodinamik optmizasyonu
- Tez No: 798943
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR EKİCİ, DR. ERTAN KARAİSMAİL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Hidrodinamik Optimizasyon, Deney Tasarımı, Tanjant Arama Algoritması, DARPA, Computational Fluid Dynamics, Hydrodynamic Optimization, Design of Experiment Method, Tangent Search Algorithm, DARPA
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
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.
Özet (Çeviri)
HYDRODYNAMIC OPTIMIZATION OF THE SUBMARINE WITH A FULLY PARAMETRIC CAD MODEL Osman GARGI Master of Science, Mechanical Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Özgür EKİCİ Co-Supervisor: Dr.Ertan KARAİSMAİL January 2023, 116 Pages This study was conducted to compare the performance of four different optimization studies that can be done to reduce the drag force that a submarine is exposed to in fully submerged conditions. The submarine used in the study is DARPA SUBOFF AFF-1, which aims to improve this design's hydrodynamic performance with drag reduction in fully submerged condition First of all, to obtain close results with the hydrodynamic experiment of this submarine design in the literature, a mesh independence study was carried out, and the most suitable mesh structure was found. Afterwards, the most used design variables and constraints were investigated by examining the submarine optimization studies in the literature, divided into four different optimization studies. After that, the design was fully parametrically modelled in the CAESES environment. During this modelling, changes were made in the parametric model according to each optimization study's design limits and design constraints. In all optimization studies, the buoyancy centres of the new designs derived using the Lackenby method were ensured to remain the same as the DARPA SUBOFF AFF-1. In this way, only the derived designs' hydrodynamic characteristics were changed, keeping the manoeuvrability constant. Optimization studies were carried out in two steps. Design of Experiment Methodology was used in the first step, and Tangent Search Algorithm was used in the second step. In these steps, a total of 1044, 532, 347 and 532 different designs were derived by CAESES, respectively. For these designs, solutions were obtained with the CFD simulation model verified by experiment in ANSYS Fluent environment and the results were evaluated over the drag force. After the study, approximately 13%, 8%, 9% and 10% lower drag forces were obtained, respectively, compared to DARPA SUBOFF AFF-1 in the optimum designs obtained in each optimization study. In addition, the optimization study that will reduce the drag force the most according to the design limits that should be considered when optimizing any submarine design and the relationship of the optimum design obtained as a result of this study with the initial design was learned. On the other hand, if there is no design limit before the optimization, an optimization study that will reduce the drag force at the maximum level without changing the manoeuvrability of the existing design has also been learned.
Benzer Tezler
- Jenerik denizaltı geometrisinin katsayı tabanlı manevrakarakteristiklerinin had ve analitik çözüm yöntemleri ile analizi
Analysis of coefficient-based maneuvering characteristics of generic submarine geometry by CFD and analytical solution method
OĞUZHAN KIRIKBAŞ
Doktora
Türkçe
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- Su altı araçları için yeni geliştirilen hidrodinamik modelleme yöntemleri kullanılarak otonom bir su altı aracının hidrodinamik karakteristiğinin incelenmesi
Investigation of hydrodynamic characteristic of an auv by using new developed hydrodynamic modeling techniques for underwater vehicles
SERTAÇ ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR
PROF. DR. MEHMET ŞERİF KAVSAOĞLU
- Panoramik görüntüler üzerinden su altı hedef tespiti: DBSCAN ve derin öğrenme ağları ile bütünleşik bir yaklaşım
Underwater target detection via panoramic images: An integrated approach with DBSCAN and deep learning networks
FATMA KÜBRA AKIN KÜÇÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL
- Başlangıç tasarımı evresi için gemi tekne yüzeyi işleme ve direnç tahmini programı
A utility program for ship hull form manipulation and resistance prediction for initial design step
ÇAĞAN BİRANT PEKKÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEVRİM BÜLENT DANIŞMAN
- Sera atıklarından biyogaz üretim potansiyeline hidrodinamik kavitasyon destekli naoh ön arıtma ve enzimatik hidroliz proseslerinin etkilerinin belirlenmesi
Determination of hydrodynamic cavitation assisted naoh pretreatment and enzymatic hydrolysis process's impacts on biogas production potential of greenhouse residues
BURÇİN TIRAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURİYE ALTINAY PERENDECİ