Uçak kanadı ve muharip uçak aerodinamik simülasyonlarında açık kaynak kod kullanımı ve sonuçların ticari yazılım sonuçları ile karşılaştırılması
Utilization of open source software for airfoil and fighter aircraft simulations and validation with commercial software
Yazar: ARZU KARADAŞLI
Danışman: PROF. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU ; PROF. DR. ÜNVER KAYNAK
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Stanford Üniversitesi tarafından geliştirilen açık kaynak çözücüsü SU2 yazılımı ile ticari ANSYS Fluent yazılımı, aerodinamik simülasyonları için artan karmaşıklıktaki test vakaları ile doğrulanarak bu yazılımların benzetim kabiliyetlerini ortaya koymak amaçlanmıştır. Bu bağlamda ONERA M6, SACCON (kararlılık ve kontrol konfigürasyonu) ve X-31 test vakaları ile çalışmalar yürütülmüştür. ONERA M6 vakası transonik rejimde oluşan lambda şoku ile, SACCON vakası kanat gövde konfigürasyonu ile ve X-31 vakası tam ölçekli bir konfigürasyon olması nedeniyle tercih edilmiştir. ONERA M6 vakasında her iki yazılım ile benzetim yapılmış, SA ve k-ω SST türbülans modelleri incelenmiştir. Her iki yazılımda da k-ω SST türbülans modelinin daha kesin olduğu ve SU2 açık kaynak çözücüsünün ANSYS Fluent'e göre daha başarılı sonuç verdiği görülmüştür. SACCON vakasının düşük ses altı rejiminde ve yüksek hücum açılarındaki benzetimi SU2 açık kaynak çözücüsü kullanılarak yapılmıştır. Kullanılmış olan etki geometrisinin katkısı ile test verilerine oldukça yakın sonuçlar elde edilmiş, bilhassa kanat yüzeyindeki yoğun girdaplı akışa rağmen moment katsayısının kestirimindeki kesinlik SU2 yazılımına olan güveni arttırmıştır. X-31; kuyruk, kanat, burun fini gibi yapıları ve sahip olduğu kanardı ile tam ölçekli bir muharip uçaktır. X-31 vakası düşük ses altı rejiminde ve yüksek hücum açılarında ANSYS Fluent kullanılarak incelenmiştir. Finlerin ve kanardın oluşturduğu karmaşık akış yapısına rağmen, X-31 benzetiminde deneysel verilere yaklaşılmış, DLR TAU açık kaynak çözücüsü ile ise büyük oranda uyumluluk göstermiştir. Özetle her iki çözücü da verilen test vakaları ile güvenilirliği kanıtlanmıştır. Bilhassa bir açık kaynak çözücüsü olarak SU2'nin ortaya koyduğu sonuçlar, ticari yazılımlara ücret ödenmeden de göreceli olarak basit geometrilerde karmaşık benzetimlerin yapılabileceğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Türbülans modeli, Spalart Allmaras, K-ω Shear Stress Transport Açık kaynak çözücü, ANSYS Fluent, SU2

Abstract:
Date: November 2018In this thesis, it is aimed to demonstrate the simulation capabilities of the open source SU2 code developed by Stanford University and the well known ANSYS Fluent on test cases with increasing complexity for aerodynamics simulations. Computational Fluid Dynamics simulations with ONERA M6, SACCON (Stability and Control Configuration) and X-31 test cases are executed for this purpose. ONERA M6 is chosen for transonic lambda shock formation, SACCON for its wing-body configuration and X-31 for being a full scale fighter aircraft. ONERA M6 case is simulated with both softwares and SA and k-ω SST turbulence models are used. It is observed that for the simulations with both softwares, k-ω SST yields more accurate results. Despite being an open source software, SU2 yields more accurate results than ANSYS Fluent on shock estimation. Low subsonic and high angle of attack simulation of SACCON is carried out with SU2. The results are consistent with test data. Especially, despite the highly vortical flow structure on the suction side, very good agreement with the test results are obtained for moment coefficients which demonstrates the reliability of the open source code. X-31 is a full scale fighter aircraft with a canard and nose, wing and tail fins. X-31 test case is simulated for low subsonic speeds and high angles of attack with ANSYS Fluent software. Considering the complexity of the flow caused by fins and canard, simulation results managed to approach the test data moreover the results show satisfactory agreement with DLR TAU open source code. Briefly, both softwares are proven for their high fidelity simulation capabilities on the given test cases. Particularly results demonstrated by the open source and absolutely free SU2 code showcases the accesibility of such complex simulations without any licence fees.

Keywords: Turbulence Model, Spalart Allmaras, K-ω Shear Stress Transport, Open Source, ANSYS Fluent, SU2