Arw-2 Kanadının Çok Disiplinli Kod Eşleme İle Yapısal Tanımlanması Ve Statik Aeroelastik Optimizasyonu

Abstract

Son yıllarda, çok disiplinli tasarım analizleri ve optimizasyona olan ilgi oldukça artmıştır. Bu çalışmada model olarak seçilen ARW-2 kanadı gibi literatürde geniş deneysel veritabanı olan test durumları yer almaktadır. Bu çalışmanın ilk aşamasında, deneysel kanat modeli ile benzer cevaplara sahip olan sayısal bir kanat modeli oluşturulmuştur. Deneysel kanadın bir takım özelliklerinin literatürdeki eksiklerinden ötürü, tersine mühendislik ile çok amaçlı bir optimizasyon problemi kurulmuştur. Bu denemenin amacı, kanadın eksik özelliklerinin teşhis edilmesidir. Bu teşhisten sonra, sayısal kanat modeli statik ve dinamik cevaplarına göre deneysel kanat modeli ile doğrulanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, daha önce doğrulanan ARW-2 sayısal kanat modeli kullanılarak bir statik aeroelastik optimizasyon problemi tanımlanmıştır. Problemin amacı kanadın taşıma/sürükleme oranını maksimize etmek ve ağırlığını minimize etmektir. Problem aerodinamik ve yapısal kriter ile kısıtlanmıştır. Optimizasyon algoritması olarak NSGA-II optimizasyon prosesini yürütmek üzere kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, optimum tasarımlar için pareto kümesi elde edilmiş ve optimum tasarım, tasarımda tatmin edici bir iyileştirme ile seçilmiştir. Çalışma süresince, sayısal hesapların yapılmasında ticari kodlardan faydalanılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi çözücüsü olarak ABAQUS 6.7-1 kullanılırken, akış denklemlerini çözmek için FLUENT 6.3.26 kullanılmıştır. Bu iki kodun eşlenmesinde ise MpCCI 3.0.6’dan faydalanılmıştır. Gelişmiş bir optimizasyon yazılımı olan ModeFrontier 4.0, optimizasyon problemlerini çözmek üzere kullanılmıştır.

In last two decades, interest in multidisciplinary design analysis and optimization has increased substantially. There are also some extended experimental database of a test case in literature like ARW-2 wing which is selected as design model in this study. In the first step of this study, an accurate computational wing model which has similar responses with experimental wing model is created. Due to lack of some properties of experimental wing in literature, an inverse engineering problem with multi objective optimization tools has been defined. The purpose of this effort is to identify missing properties of the wing. After this identification, the computational wing model is validated with experimental data for both static and dynamic responses. In the second step of this study, a static aeroelastic optimization problem has been set by using previously validated ARW-2 computational wing model. The objectives of the problem are maximization of lift over drag ratio and minimization of weight. The problem is constrained with aerodynamic and structural criteria. As optimization algorithm, NSGA-II is used to govern optimization process. According to the results, pareto set for the optimum designs are acquired and the optimum design is selected with a satisfactory improvement on the design. During the study, calculations are performed by using commercial codes. As a finite element solver ABAQUS 6.7-1 is used while FLUENT 6.3.26 is used to solve flow equation. To couple these flow and structural solvers, MpCCI 3.0.6 is used. An advanced optimization software ModeFrontier 4.0 is used to solve optimization problems.