جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای زکریا درفش)
موضوع: طراحی معکوس ایرفویل در رینولدز فوق پائین با استفاده از الگوریتم پوسته الاستیک مبتنی بر تنش برشی قبل و بعد از استال و ترکیب آن با یادگیری عمیق جهت بهینه‌سازی آیرودینامیکی
ارائه دهنده: زکریا درفش
استاد راهنما: دکتر مهدی نیلی احمد‌آبادی
استادان داور: دکتر احمدرضا پیشه‌ور – دکتر ایمان چیت ساز
چکیده:
در طراحی معکوس، هدف، محاسبه هندسه متناظر با یک توزیع فشار یا سرعت روی مرز است. در طراحی آیرودینامیکی ایرفویل‌ها توسط طراحی معکوس، توزیع فشار یا سرعت روی ایرفویل به‌گونه‌ای اصلاح می‌شود که بار آیرودینامیکی افزایش یابد، نیروی درگ کاهش یابد یا از افت‌های جریان کاسته شود. یکی از روش‌های طراحی معکوس ایرفویل‌ها، الگوریتم پوسته الاستیک می‌باشد که در آن، دیواره‌های ایرفویل به‌عنوان یک تیر خمیده الاستیک در نظر گرفته شده و اختلاف توزیع فشارهای هدف و موجود باعث تغییر شکل آن می‌شود تا در نهایت با صفر شدن اختلاف توزیع فشارها، تیر الاستیک به شکل نهایی متناسب با توزیع فشار هدف برسد. در این پژوهش، ابتدا قابلیت تغییر زاویه حمله ایرفویل در حین اصلاح هندسه با تغییر شرط مرزی ابتدای تیر از لولا به شیار عمودی به الگوریتم پوسته الاستیک اضافه شد تا مشکل عدم همگرایی یا تولید هندسه‌های غیرواقعی با تداخل سطح مکشی و فشاری برطرف شود. چندین مثال اعتبارسنجی و طراحی، استحکام و انعطاف‌پذیری روش ارتقا یافته را اثبات کرد.
در بخش دوم پژوهش، به محدودیت‌های طراحی معکوس در رژیم فوق رینولدز پائین با استفاده از پارامتر فشار پرداخته شد. نشان داده شد با توجه به لایه مرزی ضخیم و حباب جدایش آرام در این رژیم، حساسیت پارامتر فشار به تغییرات هندسه ایرفویل بسیار کم بوده و امکان طراحی معکوس با پارامتر توزیع فشار به دلیل ناپایداری، همگرایی به هندسه‌های غیرواقعی و حتی واگرایی مقدور نمی‌باشد. لذا، الگوریتم پوسته الاستیک بر مبنای توزیع تنش برشی برای طراحی معکوس در رژیم جریان با عدد رینولدز فوق پایین مورد بهره‌برداری و اعتبارسنجی قرار گرفت. سپس، توزیع تنش برشی ایرفویل NACA 4404 با چند رویکرد مختلف اصلاح شد و هندسه متناظر با آنها توسط روش طراحی معکوس ارتقا یافته بدست آمد. رویکردهای اصلاح تنش برشی شامل کاهش ضریب درگ، افزایش ضریب لیفت، کنترل حباب جدایش آرام در زاویه حمله بهینه و کنترل ناحیه کاملا جدا شده جریان در شرایط استال آیرودینامیکی بود. نتایج حاکی از دقت، همگرایی سریع و استحکام روش طراحی معکوس مبتنی بر تنش برشی برای اهداف مختلف طراحی در این رژیم جریان بود. منحنی عملکردی هندسه‌های طراحی شده با رویکردهای مختلف در این بخش توسط حلگر آرام فلوئنت مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. طراحی‌های صورت‌گرفته در زاویه حمله بهینه و زاویه استال به ترتیب باعث افزایش 72/13 و 09/16 درصدی نسبت لیفت به درگ شدند. همچنین، طراحی مبتنی بر کنترل جریان کاملاً جدا شده در زاویه استال باعث تأخیر 4 درجه‌ای زاویه استال شد.
در بخش پایانی پژوهش، دو مدل یادگیری عمیق برای پیش‌بینی ضرایب آیرودینامیکی با استفاده از داده‌های توزیع تنش برشی تولید شده در طراحی معکوس‌های مختلف در زاویه حمله بهینه، آموزش داده شد. برای دستیابی به توزیع تنش برشی بهینه در زاویه حمله بهینه، با کوپل بین الگوریتم ژنتیک، مدل‌های آموزش‌داده‌شده یادگیری عمیق و طراحی معکوس در چند سیکل بهینه‌سازی توزیع تنش برشی برای دستیابی به ماکزیمم نسبت لیفت به درگ بدست آمد و هندسه‌های متناظر آنها با استفاده از طراحی معکوس محاسبه گردیدند. در نهایت، منحنی عملکردی سیکل‌های مختلف بهینه‌سازی توسط حلگر آرام فلوئنت مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. نتایج بیانگر افزایش 42/22 درصدی نسبت لیفت به درگ در زاویه حمله بهینه بود.
کلمه‌های کلیدی: 1- طراحی معکوس 2- ایرفویل 3- الگوریتم پوسته الاستیک 4- زاویه حمله 5- جریان با عدد رینولدز فوق پایین 6- توزیع فشار 7- توزیع تنش برشی 8- حباب جدایش آرام