مکانیک سیالات و آیرودینامیک

مکانیک سیالات و آیرودینامیک

بهینه‌سازی مولد گردابه تحت تأثیر تغییرات زوایای عقب‌گرد و هفتی بال با رویکرد شبیه‌سازی عددی و یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 دانشیار، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
در این پژوهش، عملکرد مولدهای گردابه مستطیلی به‌عنوان یک روش غیرفعال کنترل جریان، تحت تأثیر هم‌زمان تغییرات زوایای عقب‌گرد (۰ تا ۴۵ درجه) و هفتی (۰ تا ۱۰ درجه) بال بررسی شد. یک چارچوب ترکیبی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی و یادگیری ماشین توسعه داده شده است که در آن، شبیه‌سازی‌های عددی با مدل آشفتگیk-ω SST در یک دامنه ۲/۵ بعدی با شرط مرزی تناوبی انجام و از روش شبکه همپوشان برای مدل‌سازی پارامتری مولد گردابه استفاده شده است. به‌منظور کاهش هزینه محاسباتی و پیمایش هوشمند فضای طراحی، یک مدل جانشین مبتنی بر رگرسیون فرآیند گاوسی ، آموزش داده شده و فرآیند بهینه‌سازی تک‌هدفه و چندهدفه برای تعیین موقعیت نصب (x/c) و ارتفاع نسبی (h/δ) بهینه در سه پیکربندی هندسی منتخب اجرا گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که محل بهینه نصب مولد گردابه به‌شدت به هندسه بال وابسته است و تعمیم یک نسخه ثابت برای تمامی پیکربندی‌ها امکان‌پذیر نیست. بیشترین بهبود عملکرد در هندسه میانی (عقب‌گرد ۲۹ و هفتی ۵ درجه) مشاهده شد که در آن، مدل جانشین نقطه بهینه (h/δ=۱٫۱۸,x/c=۰٫۱۲) را پیش‌بینی کرد که منجر به کاهش ۲۷ درصدی ضریب پسا و افزایش ۴۰ درصدی نسبت برآ به پسا نسبت به بال تمیز گردید. راستی‌آزمایی نقطه بهینه با شبیه‌سازی مستقل، خطای پیش‌بینی کمتر از ۲ درصد برای ضریب برآ و کمتر از ۶/۲ درصد برای ضریب پسا را نشان داد که بیانگر قابلیت اتکای روش پیشنهادی است. این پژوهش یک نقشه راه طراحی مبتنی بر داده برای بهینه‌سازی وابسته به هندسه برای مولدهای گردابه ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimization of Vortex Generators Considering Variations in Wing Sweep and Dihedral Angles: A Numerical Simulation and Machine Learning Approach

نویسندگان English

Ali Mazaheri 1
Mohammad Hassan Djavareshkian 2
1 Master's Degree, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Associate Professor, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Control of flow separation over swept and dihedral wings, particularly at high angles of attack, is a key challenge in aerodynamic design. This study investigates the effect of simultaneous variations in wing sweep angle (0°–45°) and dihedral angle (0°–10°) on the performance of rectangular vortex generators (VGs) as a passive flow control method. A hybrid framework based on computational fluid dynamics (CFD) and machine learning was developed. Numerical simulations were performed using the k−ω SST turbulence model in a 2.5-dimensional domain with periodic boundary conditions, and an overset mesh approach was employed for parametric modeling of VGs. To reduce computational cost and efficiently explore the design space, a Gaussian Process Regression (GPR) surrogate model with an RBF-ARD kernel was trained, and single- and multi-objective optimization were conducted to determine the optimal VG position (x/c) and relative height (h/δ) for three selected wing configurations. The results show that optimal VG placement is strongly dependent on wing geometry, and a fixed VG configuration cannot be generalized for all cases. The highest improvement was achieved for the intermediate geometry (sweep angle of 29° and dihedral angle of 5°), where the optimal point (h/δ=1.18, x/c=0.12) resulted in a 27% reduction in drag coefficient and a 40% increase in lift-to-drag ratio compared with the clean wing. Independent validation showed prediction errors below 2% for lift coefficient and 2.6% for drag coefficient, confirming the reliability of the proposed framework. This study provides a data-driven design guideline for geometry-dependent optimization of vortex generators.

کلیدواژه‌ها English

Vortex Generator
Flow Control
Swept Wing
Gaussian Process Regression
Aerodynamic Optimization

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 شهریور 1405