SeyrüseferSeyir DefteriMühendislik → Suboff - Giriş: AFF-1

Suboff - Giriş: AFF-1

Seyir Defteri - Mühendislik
Cumartesi, 11 Ağustos 2018

Suboff Aff-1Savaş sonrası dönem itibarıyla denizaltı teknolojisine yönelik ilk çalışmalar hidrodinamik ağırlıklı bir ilerleme göstermeye başlamıştır ki günümüze kadar bu eğilim devam etmiştir. İlk örnek 58 Serisi olarak tanımlanan ve direnç niteliklerinin iyileştirilmesi amaçlı gerçekleştirilen birinci nesil denilebilecek denel faaliyettir.

İzleyen dönemde bu tür sistematik seri çalışmaları farklı ülkelere de yayılmaya başlamış ve sonrasında ortaya çıkan ikinci nesil çalışmalarda ise hidrodinamiğin, dirençten çok daha zorlu alanlarına doğru bir kayma başlamıştır. Temel verilerine açık kaynaklarda ulaşılabildiği için dünya çapında büyük bir yaygınlık kazanan Suboff adlı model serisi bu yeni türün en önemli temsilcisi olarak da kabûl edilebilir.

1980'lerde DARPA1 tarafından başlatılan denizaltı teknolojisini geliştirme amaçlı ar-ge çalışmalarının bir parçası olan SUBOFF programında kullanılmak üzere sekiz temel yapılandırmaya sahip ölçekli denizaltı modeli tanımlanmıştır ki bunlardan ilki sadece eksensimetrik bir gövdeden ibaret olan AFF-1'dir. Diğer modeller ise bu gövde üzerine kule, dümenler vesairenin bağlanmasıyla elde edilen cisimlerden oluşur.

Suboff gövdesini teşkil eden AFF2-1; 4,356m uzunluğunda ve 0,508m çapındadır. Hem su hem de rüzgâr tünellerinde çeşitli Reynolds sayılarında incelenen Suboff modellerinin, sonraki dönemde daha farklı ölçülerde imâl edilerek kullanıldığı başka araştırma çalışmaları da mevcuttur.


Suboff AFF-1 için Havuz Deneyi Düzeneğinin Taslağı

Resim.1) Suboff AFF-1 için DTRC'de kullanılan havuz deneyi düzeneğinin taslağı.[1]


İlk Suboff deneyleri DTRC3 tesislerinde gerçekleştirilmiş ve kullanılan ilk gövde de DTRC-5471 (AFF-1) olarak tanımlanmıştı. Aslında AFF-1 için iki farklı model mevcuttur ki bunlar; DTRC-5470 ve DTRC-5471 olarak adlandırılır. Her ikisi de fizikî açıdan eşdeğer modellerdir, biri rüzgâr diğeri ise su tünelinde incelenmek için imâl edildiklen bu iki sürüm arasındaki tek fark ise gövde üzerindeki basınçölçerlerin yerleştirildikleri konumlardan ibarettir.

Deney çalışmalarında incelenmek amacıyla tanımlanan ilk sekiz yapılandırma:

  1. AFF-1-: Eksensimetrik Gövde, sıfır hücum açısı ve sıfır dönüş açısında,
  2. AFF-2-: Eksensimetrik Gövde + Kule,
  3. AFF-3-: Eksensimetrik Gövde + Dört Kuyruk Dümeni,
  4. AFF-4-: Eksensimetrik Gövde + Kule, muhtelif hücum açıları ve sıfır dönüş açısında,
  5. AFF-5-: Eksensimetrik Gövde + Kule, sıfır hücum açısı ve muhtelif dönüş açılarında,
  6. AFF-6-: Eksensimetrik Gövde + Nozul 1,
  7. AFF-7-: Eksensimetrik Gövde + Nozul 2,
  8. AFF-8-: Eksensimetrik Gövde + Kule + Dört Kuyruk Dümeni, sıfır hücum açısı ve sıfır dönüş açısında,

olarak sıralanmaktadır. Çeşitli su ve rüzgâr tünelleri ile deney havuzlarında bütün bu modelller ile elde edilen ve modellerin etrafında meydana gelen akış oluşumlarına ait kapsamlı verilerin ölçülüp kaydedilmeye çalışılmasındaki temel hedef ise HAD4 çalışmalarının doğrulanabilmesi ve iyileştirilebilmesi için duyulan büyük ihtiyacı karşılayabilmekti.


Suboff AFF-1 üzerinde yArtı Dağılımı

Suboff AFF-1 üzerinde yArtı Dağılımı

Resim.2,3) Suboff AFF-1 için üretilen iki farklı hesaplama örgüsü için SpalartAllmaras ile elde edilen yArtı dağılımları. Üstteki [y+ ~1] alttaki ise [y+ ~30] olarak tanımlanan iki durumu göstermektedir.


Suboff modelleri ile alâkalı bu ilk hesaplamalı çalışmada, gerek geometrinin gerekse eldeki donanım imkânlarıyla kullanılabilecek çözücü yaklaşımlarının daha hızlı belirlenebilmesi için meseleye 2 Boyutlu bir giriş yapılması uygun görüldü.

Bu doğrultuda Suboff geometrisinin temel bileşeni olan eksensimetrik gövde (AFF-1)'in tek başına kullanılması uygundu. Gövde kesitini meydana getiren koordinatlar kaynak [2] üzerinden kolayca elde edilebilir. İkinci safhada daha önce ayrıntılı bir şekilde anlatıldığı şekliyle AFF-1 için 2B eksensimetrik (melez veya düzenli) hesaplama örgüsünün Gmsh ile kolayca oluşturulabilmesi, rahatça OpenFOAM içine ithâl edilerek çözüm denemelerine başlanması mümkün olabilmiştir.

Gerek söz konusu kaynak belge(ler) gerekse kullanılan yazılımlar tamamen açık-kaynaklı olduğu için konuyla ilgilenen herhangi bir mühendisin işin bu boyutlarını zorlanmadan halledebileceği aşikârdır.


Suboff AFF-1 üzerinde Hesaplanan Akış Hızı ve Basınç Dağılımları

Resim.4) Suboff AFF-1 üzerinde eksensimetrik örgü (y+ ~1) ile ReL 14e06 için SpalartAllmaras-SimplerRCC türbülans modeli vasıtasıyla elde edilen bileşke akış hızı ve basınç dağılımları.


Burada tercih edilen önişlem yaklaşımı melez örgü oldu ve bu amaçla dört beş kadar farklı denemeden sonra kullanılmasına karar verilen iki hesaplama örgüsü karşılaştırma için tercih edildi. İki farklı örgü kullanılmasının temel nedeni sınır tabakanın; duvar fonksiyonları kullanmadan (y+ ~1 ile) ve duvar fonksiyonları kullanılarak (y+ ~30 ile) çözülmesi ve bu durumun sonuçlar üzerindeki etkisinin de anlaşılmaya çalışılması olarak ifâde edilebilir.

Bu arada her iki örgü için AFF-1 üzerindeki düğüm sayılarının eşit tutulduğunu ve toplam hücre sayılarının birbirine yakın olduğunu belirtmek gerekir. Şimdilik durağan hâl için çözüm arandı ve tercih edilen türbülans modelleri:

  1. Earsm
  2. kOmegaSST
  3. LienCubicKE
  4. SpalartAllmaras
  5. SpalartAllmaras Simpler RCC

oldu. Re 14e06 için mevcut deney sonuçlarıyla [3] ilk karşılaştırmaları yapabilmek için simpleFoam çözücüsü ile bütün değişkenler için 1e-05 artık değerine yakınsayan çözümler elde edildi. Gerçekleşen bu çözümlere ait temel verilerden bâzıları ve AFF-1 deney verileriyle karşılaştırılması hakkındaki sonuçların özeti aşağıdaki resimler üzerinde sunulmuştur.


Suboff AFF-1 üzerindeTürbülans Modellerine Göre Basınç Katsayısı Dağılımları

Suboff AFF-1 üzerindeTürbülans Modellerine Göre Basınç Katsayısı Dağılımları

Suboff AFF-1 üzerindeTürbülans Modellerine Göre Basınç Katsayısı Dağılımları

Resim.5,6,7) Suboff AFF-1 üzerinde tercih edilen türbülans modelleri ile ReL 14e06 için elde edilen Basınç Katsayısı (Cp) dağılımlarının Deney sonucuyla karşılaştırılması.
Üstte tam model üzerindeki dağılım, ortada kıç omuzluk ve altta ise kuyruk bölgesinin yakın görünüşü.


Asıl hedef olan 3B çalışmalar öncesi bir ilk hazırlık mâhiyetindeki bu 2B inceleme ile mevcut deney verilerine de bağlı olarak basınç (Cp) ve sürtünme (Cf) katsayılarına odaklanmakla yetinildi. Doğrusu elde edilen sonuçlar bâzı ilgi çekici ayrıntılar ortaya koydu. Muhtemelen konunun biraz daha incelenmesini de gerektirecek bu ilk sonuçlara göre şimdilik toplamda en etkin sonucu dönme-eğrilik düzeltmesine sahip bir Spalart-Allmaras uyarlaması olan Simpler-RCC sağladı denilebilir.

Dönme-Eğrilik düzeltmesi konusu daha önceleri hem haricî akışlar hem de dahilî akışlar için kısaca da olsa ele alınmaya çalışılmıştı. Bu problemde akış şartlarının en zorlu olduğu yer olan kuyruk bölgesi etrafında elde edilen sonuçlar hangi türbülans modellerinin daha uygun veya yetersiz olabileceğine karar verebilmek açısından önemlidir...


Suboff AFF-1 üzerindeTürbülans Modellerine Göre Sürtünme Katsayısı Dağılımları

Suboff AFF-1 üzerindeTürbülans Modellerine Göre Sürtünme Katsayısı Dağılımları

Suboff AFF-1 üzerindeTürbülans Modellerine Göre Sürtünme Katsayısı Dağılımları

Resim.8,9,10) Suboff AFF-1 üzerinde tercih edilen türbülans modelleri ile ReL 14e06 için elde edilen Sürtünme Katsayısı (Cf) dağılımlarının Deney sonucuyla karşılaştırılması.
Üstte tam model üzerindeki dağılım, ortada baş omuzluk ve altta ise kıç omuzluk bölgesinin yakın görünüşü.


Bu konunun devamında ilk olarak kıç bölgesindeki akış oluşumlarının muhtemelen önce 2B ve zamana bağlı olarak incelenmeye çalışılması ve sonrasında AFF-1 için 0'dan farklı hücum açılarının incelenmesi düşünülebilir...

♦ Açıklamalar

1. DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency / ABD [geri]
2. AFF: Anechoic Flow Facility - DTRC / ABD [geri]
3. DTRC: David Taylor Research Center / ABD [geri]
4. HAD: Hesaplamalı Akışkan Dinamiği [geri]

♦ Kaynaklar

1. Experiments of the Darpa Suboff Program - David Taylor Research Center, 1989, Thomas T. Huang - Han Lieh Liu - Nancy C. Groves
2. Geometric Characteristics of DARPA SUBOFF Models (Dtrc Model Nos. 5470 And 5471), 1989, Nancy C. Groves - Thomas T. Huang - Ming S. Chang
3. Summary of DARPA Suboff Experimental Program Data - Naval Surface Warfare Center Carderock Division (NSWCCD), 1998, H.L. Liu - T.T. Huang
 







Telif Hakkı © 1997-2018 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.