Numerical Investigation of the Hydrodynamic Flow and Structural Behavior of an Underwater Rocket Vehicle Body

Öz

In this study, an underwater rocket vehicle body was designed and its hydrodynamic and structural behavior was investigated using numerical analysis methods. The vehicle geometry was modeled considering the SUBOFF submarine body design parameters, and a three-dimensional CAD design was created. Hydrodynamic analyses were performed using ANSYS Fluent software; velocity distribution, pressure distribution, and turbulent kinetic energy behaviors around the vehicle body were evaluated. The analysis results showed that a regular flow structure was formed around the vehicle body, and turbulent concentrations occurred, especially in the aft region. When the pressure distribution was examined, it was determined that the highest-pressure values occurred in the nose region of the vehicle. Structural analyses were performed using the ANSYS Static Structural module in line with the hydrodynamic loads obtained from the CFD analyses. In the structural analyses, total deformation, equivalent elastic stress, equivalent stress, and hydrostatic pressure distributions were examined. The analysis results revealed that the vehicle body exhibited sufficient mechanical strength under operating conditions and that stress distributions were distributed in a controlled manner throughout the structure. The results obtained show that the designed underwater rocket vehicle body has both suitable flow characteristics from a hydrodynamic perspective and sufficient strength performance from a structural perspective.

Anahtar Kelimeler

• Underwater Rocket Vehicle
• Hydrodynamics
• Structural

Su Altı Roket Aracı Gövdesinin Hidrodinamik Akış ve Yapısal Davranışının Sayısal Olarak İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, su altı roket aracı gövdesi tasarlanmış ve sayısal analiz yöntemleri kullanılarak hidrodinamik ve yapısal davranışları incelenmiştir. Araç geometrisi SUBOFF denizaltı gövde tasarım parametreleri dikkate alınarak modellenmiş ve üç boyutlu CAD tasarımı oluşturulmuştur. Hidrodinamik analizler ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiş; araç gövdesi etrafındaki hız dağılımı, basınç dağılımı ve türbülans kinetik enerji davranışları değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları, araç gövdesi etrafında düzenli bir akış yapısının oluştuğunu ve özellikle kıç bölgesinde türbülans yoğunlaşmalarının meydana geldiğini göstermiştir. Basınç dağılımı incelendiğinde ise en yüksek basınç değerlerinin araç burun bölgesinde oluştuğu belirlenmiştir. HAD analizlerinden elde edilen hidrodinamik yükler doğrultusunda ANSYS Static Structural modülü kullanılarak yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. Yapısal analizlerde toplam deformasyon, eşdeğer elastik gerilim, eşdeğer stres ve hidrostatik basınç dağılımları incelenmiştir. Analiz sonuçları, araç gövdesinin çalışma koşulları altında yeterli mekanik dayanım gösterdiğini ve gerilme dağılımlarının yapı boyunca kontrollü şekilde yayıldığını ortaya koymuştur. Elde edilen sonuçlar, tasarlanan su altı roket aracı gövdesinin hem hidrodinamik açıdan uygun bir akış karakteristiğine hem de yapısal açıdan yeterli dayanım performansına sahip olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Su Altı Roket Aracı
• Hidrodinamik
• Yapısal

Kaynakça

1. [1] Karaçor, M., Delioglu, B., & Şahin, C. (2021). 3b Baski Teknolojisi Kullanilarak Otonom Sualti Araci Tasarimi Ve Prototip Üretimi. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 5(3), 663-675. https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1017297
2. [2] Canlı, G. A., Kurtoğlu, İ., Canlı, M. O., & Tuna, Ö. S. (2015). Dünyada Ve Ülkemizde Insansiz Sualti Araçlari Isaa-Auv & Rov Tasarim Ve Uygulamalari. Gidb Dergi, (04), 43-75. https://izlik.org/JA28AH59RY
3. [3] Yılmaz, G., & Yılmaz, S. (2022). İnsansız Sualtı Araçlarında (İSA) Hidrodinamik Sürüklenme ve Kaldırma Kuvvetlerinin Derinlik ve Hıza Bağlı Değişiminin HAD İle Analizi. International Journal of Engineering Research and Development, 14(1), 72-83. https://doi.org/10.29137/umagd.948797
4. [4] Alam, K., Ray, T., & Anavatti, S. G. (2014). Design and construction of an autonomous underwater vehicle. Neurocomputing, 142, 16-29. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2013.12.055
5. [5] Terzioğlu, H., & Cengiz, F. (2025). Design, Modeling, and Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysis of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV). Doğu Fen Bilimleri Dergisi, 8(1), 53-68. https://doi.org/10.57244/dfbd.1708365
6. [6] Gao, T., Wang, Y., Pang, Y., & Cao, J. (2016). Hull shape optimization for autonomous underwater vehicles using CFD. Engineering applications of computational fluid mechanics, 10(1), 599-607. https://doi.org/10.1080/19942060.2016.1224735
7. [7] Vu, H. P., Le, T. L., Ngo, N. A., Truong, N. T., & Vuong, T. H. N. (2026). A CFD study on the optimal hull form design of a twin hybrid autonomous underwater vehicle. Ocean Engineering, 360, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.126130
8. [8] Vu, H. P., Le, T. L., Ngo, N. A., Vuong, T. H. N., Tran, T. H., Truong, N. T., ... & Tran, Q. L. (2025). A CFD study of hydrodynamic characteristics of a twin hybrid autonomous underwater vehicle. Results in Engineering, 26, 104792. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104792

9. [9] Ansys (2025), Ansys Inc., Canonsburg. PA.
10. [10] Genç M.S., Kaynak Ü., Yapici H. (2011). Performance of transition model for predicting low Re aerofoil flows without/with single and simultaneous blowing and suction, European Journal of Mechanics-B/Fluids 30 (2), 218-235, https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2010.11.001.
11. [11] Özkan R., Genç M.S. (2023). Aerodynamic design and optimization of a small-scale wind turbine blade using a novel artificial bee colony algorithm based on blade element momentum (ABC-BEM) theory, Energy Conversion and Management 283, 116937, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116937.
12. [12] Yapιcι H., Genç MS, Özιşιk G. (2008). Transient temperature and thermal stress distributions in a hollow disk subjected to a moving uniform heat source, Journal of Thermal Stresses 31 (5), 476-493, https://doi.org/10.1080/01495730801912652.
13. [13] Apalak Z.G., Apalak MK., MS Genç M.S. (2007). Progressive damage modeling of an adhesively bonded composite single lap joint under flexural loads at the mesoscale level, Journal of Reinforced Plastics and Composites 26 (9), 903-953, https://doi.org/10.1177/0731684407079413.
14. [14] Joung, T. H., Nho, I. S., Lee, C. M., Lee, P. M., Yang, S. I., Hong, S. W., ... & Han, S. C. (2005, June). A study on the pressure vessel design, structural analysis and pressure test of a 6,000 m depth-rated unmanned underwater vehicle. In ISOPE International Ocean and Polar Engineering Conference (pp. ISOPE-I). ISOPE. https://doi.org/10.1080/17445300802204371
15. [15] Çiftci C., Erdoğan A., Genç MS. (2023). Investigation of the mechanical behavior of a new generation wind turbine blade technology, Energies 16 (4), 1961, https://doi.org/10.3390/en16041961.