بهینه سازی آیرودینامیکی مقطع بال با استفاده از روش معادلات الحاقی در جریان لزج

بهینه سازی شکل آیرودینامیکی مدتهای مدیدی است که به عنوان یکی از مسائل بحث برانگیز در مطالعات علوم هوایی مطرح می باشد. بکارگیری رویکردهای دینامیک سیالات محاسباتی در تکنیکهای بهینه سازی، تضمینی برای تحقق بهترین طرح بوده و مشکلاتی را که این علم در زمینه ی طراحی اشکال آیرودینامیکی با آن موجه بوده است را بر طرف ساخته است. لذا در این پایان نامه برآن شدیم، از روش معادلات الحاقی به عنوان یکی از متدهای گرادیانی در بهینه سازی ایرفویل ها استفاده کنیم. در روش معادلات الحاقی ابتدا تابع هدف را به صورت یک مسئله کنترلی بیان کرده، سپس با معادلات جریان طوری ترکیب می کنیم که ضمن حذف نقش پارامترهای جریان، معادلات الحاقی و شرایط مرزی آن بدست آید. با استفاده از نتایج حل معادلات مذکور، مقادیر تابع گرادیان حاصل می شود. در ادامه با استفاده از مقادیر فوق و بکارگیری روشهای مختلف بهینه سازی متغیرهای طراحی اصلاح شده و در اینجاست که سیکل طراحی تکمیل می گردد. با تکرار این سیکل، فرآیند بهینه سازی تا رسیدن به جواب نهایی ادامه پیدا می کند. در این پژوهش روش الحاقی پیوسته به همراه معادلات rans اجرا و تست شده است. به منظور حل معادلات جریان از کد isaac استفاده شده که توانایی حل معادلات اویلر در جریان غیر لزج و معادلات ناویر-استوکس در جریان لزج جریان را دارا می باشد. جهت گسسته سازی فرم انتگرالی قوانین بقا از روش حجم محدود استفاده می کند. این گسسته سازی با استفاده از روش بالا دست رو انجام شده است. همچنین برای پیشروی در زمان و حرکت به سمت حل دائم انواع روش های صریح و غیر صریح بکار گرفته شده است. با توجه به شباهت این دو دسته معادلات جهت گسسته سازی معادلات الحاقی از روش های مشابه معادلات جریان استفاده کرده که این کار نحوه پیاده سازی بخش الحاقی را به طور گسترده ای تسهیل می کند. در این پایان نامه سری مسائل مربوط به طراحی فشار معکوس که به عنوان نمادی در بهینه سازی آیرودینامیکی مطرح هستند، مورد بررسی قرار گرفتند. پس از انجام فرآیند بهینه سازی بر روی چندین مدل ایرفویل و در شرایط پروازی مختلف، مقدار متغیرهای طراحی مورد نظر با دقت مطلوبی بدست آمدند و مشاهده شد که روش الحاقی می تواند به عنوان یک روش موثر و کارآمد در مسائل طراحی فشار معکوس مورد استفاده قرار گیرد .از طرفی با توجه به این نکته که در هر سیکل طراحی تنها نیاز به یکبار حل معادلات جریان و معادلات الحاقی می باشد، با افزایش تعداد متغیرهای طراحی، دقت بسیار قابل قبولی در زمان نسبتاً کوتاهی بدست آمد. بطوریکه مزیت این روش که همانا مستقل بودن فرآیند بهینه سازی از تعداد متغیرهای طراحی می باشد، به طرز قابل توجهی نمایان شد.