Otonom Sualtı Aracının (AUV) Tasarımı, Modellemesi ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) Analizi

Yıl 2025, Cilt: 8 Sayı: 1, 53 - 68, 30.06.2025

Hakan Terzioğlu , Furkan Cengiz

https://doi.org/10.57244/dfbd.1708365

Öz

Bu çalışma, otonom su altı araçlarının (AUV) tasarımı, modellenme süreçlerini kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. Araştırmada, su altı aracı performansını etkileyen temel tasarım ilkeleri; hidrodinamik verimlilik, yapısal dayanıklılık, yüzdürme kontrolü ve stabilite gibi faktörler üzerinden incelenmiştir. Zorlu deniz ortamı göz önünde bulundurularak, kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri, korozyon direnci ve ağırlık optimizasyonu gibi kriterlere dayalı malzeme seçimi detaylı bir şekilde tartışılmıştır. 3D modellemeden üretimine kadar uzanan üretim aşamaları adım adım açıklanmıştır. Tasarım sürecinde karşılaşılan mühendislik zorluklarına – su geçirmezlik, stabilite ve denge gibi – önem verilmiş, bu problemlere yönelik çözüm yaklaşımları sunulmuştur. Aracın hidrodinamik performansını değerlendirmek ve gövde geometrisini optimize etmek amacıyla Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analizlerinden yararlanılmıştır. Son olarak, analiz sonuçlarına ve tasarım yinelemelerine dayalı çözüm stratejileri ve geliştirme önerileri sunularak, otonom su altı aracı geliştirme alanındaki gelecekteki çalışmalara ışık tutulması amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Otonom Su Altı Aracı (AUV) , Hidrodinamik Tasarım , Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) , Araç Modellemesi , Malzeme Seçimi , Yüzdürme ve Stabilite , Su Geçirmezlik Çözümleri

Design, Modeling, and Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysis of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV)

Öz

This study comprehensively addresses the design and modeling processes of autonomous underwater vehicles (AUVs). The research examines the fundamental design principles that affect underwater vehicle performance, focusing on factors such as hydrodynamic efficiency, structural durability, buoyancy control, and stability. Considering the harsh marine environment, the selection of materials was thoroughly discussed based on criteria such as mechanical properties, corrosion resistance, and weight optimization. The production stages, from 3D modeling to manufacturing, were explained step by step. Engineering challenges encountered during the design process—such as waterproofing, stability, and balance—were emphasized, and solution approaches to these problems were presented. Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses were employed to evaluate the hydrodynamic performance of the vehicle and to optimize the body geometry. Finally, based on the analysis results and design iterations, solution strategies and development suggestions were proposed, aiming to guide future studies in the development of autonomous underwater vehicles.

Anahtar Kelimeler

Autonomous Underwater Vehicle (AUV) , Hydrodynamic Design , Computational Fluid Dynamics (CFD) , Vehicle Modeling , Material Selection , Buoyancy and Stability , Waterproofing Solutions

Kaynakça

• Ayhan, F., Uzun, M., Melek, H. S. & Öztürk, A. F. (2019). İnsansız su altı aracı projesi. Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültes Makina Mühendisliği Bölümü.
• Banka, A., Linfield, K., & Hile, K. (2021). CFD modeling for an autonomous underwater vehicle. Airflow Sciences Corporation. Retrieved from. Access date: 3 April 2025 https://www.airflowsciences.com/index.php/blog/cfd-modeling-auv
• Bozoklu B., (2021). Otonom su altı araçlarının temel dizayn prensipleri ve konsept dizayn. İstanbul Teknik Üniversitesi Gemi İnşaati ve Deniz Bilimleri Fakültesi.
• Han, K., Cheng, X., Liu, Z., Huang, C., Chang, H., Yao, J., & Tan, K. (2021). Six-DOF CFD simulations of underwater vehicle operating underwater turning maneuvers. Journal of Marine Science and Engineering, 9(12), 1451.
• Hong, L., Wang, X., & Zhang, D. S. (2024). CFD-based hydrodynamic performance investigation of autonomous underwater vehicles: A survey. Ocean Engineering, 305, 117911.
• Huang, M. L., Liu, Y. H., Zhang, H. W., & Duan, B. S. (2013). Influence of the fins on the static stability of autonomous underwater vehicle. Advanced Materials Research, 694, 263-266.
• Hu, Z. Q., Lin, Y., & Gu, H. T. (2007). On numerical computation of viscous hydrodynamics of unmanned underwater vehicle. Robot, 29(2), 145-150.
• Kırıkbaş, O., Kınacı, Ö. K., & Bal, Ş. (2021). Su Altı Araçlarının Manevra Karakteristiklerinin Değerlendirilmesi-II: Akışkan Sınırlarının Etkileri. Gemi ve Deniz Teknolojisi, (220), 135-174.
• Mitra, A., Panda, J. P., & Warrior, H. V. (2024). The hydrodynamic characteristics of Autonomous Underwater Vehicles in rotating flow fields. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 238(3), 691-703.
• Mitra, A., Panda, J. P., & Warrior, H. V. (2020). Experimental and numerical investigation of the hydrodynamic characteristics of autonomous underwater vehicles over sea-beds with complex topography. Ocean Engineering, 198, 106978.
• Mitra, A., Panda, J. P., & Warrior, H. V. (2020). Experimental and numerical investigation of the hydrodynamic characteristics of autonomous underwater vehicles over sea-beds with complex topography. Ocean Engineering, 198, 106978.
• Shi, C., Cheng, X., Liu, Z., Han, K., Liu, P., & Jiang, L. (2022). Numerical simulation of the maneuvering motion wake of an underwater vehicle in stratified fluid. Journal of Marine Science and Engineering, 10(11), 1672.
• Sousa, J. V. N., De Macêdo, A. R. L., de Amorim Junior, W. F., & De Lima, A. G. B. (2014). Numerical analysis of turbulent fluid flow and drag coefficient for optimizing the AUV hull design. Open journal of fluid dynamics, 4(3), 263-277.
• Vardhan, H., Hyde, D., Timalsina, U., Volgyesi, P., & Sztipanovits, J. (2024). Sample-efficient and surrogate-based design optimization of underwater vehicle hulls. Ocean Engineering, 311, 118777.
• Vardhan, H., & Sztipanovits, J. (2023, May). Search for universal minimum drag resistance underwater vehicle hull using cfd. In International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences (pp. 1297-1303). Cham: Springer International Publishing.
• Wang, W. (2007). Autonomous control of a differential thrust micro rov (Master's thesis, University of Waterloo).
• Yılmaz, G., & Yılmaz, S. (2022). İnsansız Sualtı Araçlarında (İSA) Hidrodinamik Sürüklenme ve Kaldırma Kuvvetlerinin Derinlik ve Hıza Bağlı Değişiminin HAD ile Analizi. International Journal of Engineering Research and Development, 14(1), 72-83.
• Wang, S., Wang, L., Wang, J., & Chen, Y. (2024). Design and Structural Analysis of the ROV Framework Based on ANSYS. Academic Journal of Engineering and Technology Science, 7(3).