Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση Μορφής Αεροτομών
Πτερυγίων Στροβίλων με χρήση της Συζυγούς
Μεθόδου και Προσαρμοσμένης Παραμετροποίησης

Κόκκος, Θεόδωρος Παναγιώτης; Kokkos, Theodoros Panagiotis

dc.contributor.author	Κόκκος, Θεόδωρος Παναγιώτης
dc.contributor.author	Kokkos, Theodoros Panagiotis
dc.date.accessioned	2025-10-21T15:01:53Z
dc.date.available	2025-10-21T15:01:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62755
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30451
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση Μορφής	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Αεροτομές στροβίλων	el
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Shape Optimization	en
dc.subject	Adjoint	el
dc.subject	Bézier curves	el
dc.subject	Airfoils	el
dc.title	Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση Μορφής Αεροτομών Πτερυγίων Στροβίλων με χρήση της Συζυγούς Μεθόδου και Προσαρμοσμένης Παραμετροποίησης	el
dc.title	Adjoint-Based Aerodynamic Shape Optimization of Turbine Blade Airfoils using Customized Parameterization	en
dc.contributor.department	Τομέας Ρευστών - Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών - Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση	el
heal.classification	Παραμετροποίηση Αεροτομών	el
heal.classification	Αεριοστρόβιλοι	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-09-29
heal.abstract	Η αεροδυναμική βελτιστοποίηση μορφής (ΒΜ) διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στον σχεδιασμό αεροδιαστημικών εφαρμογών, καθώς επιτρέπει τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης και την επίτευξη επιθυμητών αεροδυναμικών χαρακτηριστικών. Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός λογισμικού για τη γεωμετρική παραμετροποίηση και την αεροδυναμική ΒΜ αερoτομών (κυρίως πτερυγώσεων). Η γεωμετρία του πτερυγίου παραμετροποιείται μέσω καμπυλών Bézier, οι οποίες κατασκευάζονται από μεταβλητές σχεδιασμού που αντιστοιχούν σε φυσικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά του πτερυγίου, όπως, μεταξυ άλλων, το μήκος χορδής, η γωνία κλίσης (stagger angle), οι γωνίες εισόδου και εξόδου μετάλλου, οι ακτίνες καμπυλότητας της ακμής πρόσπτωσης και εκφυγής. Το πτερύγιο χωρίζεται σε τέσσερα τμήματα, γεγονός που επιτρέπει τοπικό γεωμετρικό έλεγχο. Οι πλευρές υποπίεσης και υπερπίεσης κατασκευάζονται με βάση τη μέση γραμμή καμπυλότητας, ενώ προστίθενται τμήματα μορφής κυκλικού τόξου στην περιοχή γύρω από την ακμή πρόσπτωσης και εκφυγής. Για τη διασφάλιση ομαλών και συνεχών μεταβάσεων μεταξύ των τμημάτων,επιβάλλεται συνέχεια τύπου C² στα σημεία σύνδεσης. Αρχικά, αναπτύχθηκε σε γλώσσα προγραμματισμού C++ ένας αλγόριθμος βέλτιστης προσαρμογής με χρήση της μεθόδου της απότομης καθόδου, ώστε η παραγόμενη από την παραμετροποίηση, γεωμετρία να αποτυπώνει τη δοσμένη αεροτομή—υλοποιώντας κατ’ αυτόν τον τρόπο την αντίστροφη σχεδίαση (inverse design). Η διαδικασία προσαρμογής βασίζεται στη μέθοδο ελαχίστων τετραγώνων, λαμβάνοντας υπόψη τη διαφορά μεταξύ της δοσμένης και της παραγόμενης γεωμετρίας. Στη συνέχεια, η παραμετροποίηση διασυνδέθηκε με τον συζυγή επιλυτή του λογισμικού PUMA, της ΜΠΥΡΒ/ΕΜΠ, με σκοπό την επίλυση προβλημάτων αεροδυναμικής ΒΜ. Πραγματοποιήθηκαν πολλές μελέτες στη γεωμετρία του διδιάστατου πτερυγίου κινητής πτερύγωσης μονοβάθμιου αξονικού στροβίλου, με στόχο την επίτευξη καλύτερων αεροδυναμικών επιδόσεων υπό συγκεκριμένους περιορισμούς. ΄Ολες οι αεροδυναμικές ΒΜ εκτελέστηκαν με χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου, ενώ στην περίπτωση της προτεινόμενης παραμετροποίησης εφαρμόστηκε ο κανόνας της αλυσίδας για τον υπολογισμό των παραγώγων ευαισθησίας. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε κώδικας σε γλώσσα προγραμματισμού C++ για τον υπολογισμό των γεωμετρικών παραγώγων κάθε κόμβου του προφίλ ως προς τις μεταβλητές σχεδιασμού. ΄Επειτα, με χρήση του κανόνα της αλυσίδας, οι παράγωγοι αυτοί μεταβιβάστηκαν στο λογισμικό PUMA για τον υπολογισμό των παραγώγων της αντικειμενικής συνάρτησης. Η αεροδυναμική ΒΜ εφαρμόστηκε για την ελαχιστοποίηση των ολικών απωλειών πίεσης της αεροτομής του πτερυγίου της κινητής πτερύγωσης του μονοβάθμιου στροβίλου, υπό τον περιορισμό προκαθορισμένης γωνίας εξόδου της ροής, παροχής στην είσοδο και πρόσθετων γεωμετρικών περιορισμών.	el
heal.abstract	Aerodynamic shape optimization (ShpO) plays a pivotal role in aerospace engineering design, enabling enhancements in performance metrics and the attainment of desired aerodynamic distributions. The objective of this diploma thesis is the development of a computational framework for the geometric parameterization and aerodynamic optimization of blade airfoil profiles. The blade geometry is parameterized using Bézier curves, constructed from design variables that represent physically meaningful blade characteristics such as chord length, stagger angle, metal inlet and outlet angles, leading and trailing edge radius and others. The blade is divided into four segments, allowing for localized geometric control. The suction and pressure sides are constructed based on a mean camber line, while leading and trailing edge segments are added at the front and rear, respectively. To ensure smooth and seamless transitions between the segments, C² continuity is enforced at the connections. Initially, an optimal fitting algorithm was developed in C++ using the steepest descent method to adjust the B´ezier-based parameterization such that the generated geometry reproduces a given airfoil shape—performing inverse design. The fitting procedure is based on a least squares error metric between the target and generated geometries. Following this stage, the Bézier parameterization was interfaced with the adjoint solver of the PUMA software, developed by the PCOpt/NTUA research unit, with the aim of solving shape optimization problems. Multiple studies have been conducted on the geometry of the two-dimensional rotor blade of a singlestage axial turbine, targeting aerodynamic performance objectives under a set of constraints. All aerodynamic optimizations were carried out using the continuous adjoint method, while in the case of the propoed parameterization, the chain rule was applied for the computation of sensitivity derivatives. Specifically, a C++ code was developed to compute the geometrical derivatives of each airfoil node with respect to the design variables. Then, using the chain rule, these derivatives were passed to the PUMA software to evaluate the sensitivities of the objective function. The aerodynamic ShpO was applied to minimize the total pressure losses of the airfoil representing the rotor of the single-stage turbine, subject to the constraints of prescribed flow turning angle, inlet capacity, and additional geometric limitations.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	119 σ.
heal.fullTextAvailability	false