Bu çalışma, hem havada hem suda ayrı ayrı çalışması amaçlanan üç kanatlı bir çapraz-ortam pervanesinin itki performansı ile yapısal güvenilirliğini aynı mühendislik zincirinde değerlendirmektedir. Çapraz-ortam pervanesi, çok farklı yoğunluk ve hidrodinamik yük koşullarına sahip hava ve su ortamlarında çalışabilmesi gereken bir itki elemanıdır. Araştırmacılar önce Kanat Elemanı Momentum Teorisi (Blade Element Momentum Theory, BEMT) ile aday geometrileri hızlı biçimde taramış, ardından seçilen geometri için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics, CFD) kullanarak üç boyutlu ve düzgün olmayan yüzey basınçlarını hesaplamış ve bu basınçlarla merkezkaç yüklerini sonlu eleman yapısal modeline tek yönlü akışkan–yapı bağlaşımı yoluyla aktarmıştır.

Üç durağan çalışma durumu değerlendirilmiştir: havada başlangıçta 3000 r/min ve sıfır eksenel giriş, suda başlangıçta 500 r/min ve sıfır eksenel giriş, su girişinde ise 500 r/min ile birlikte 5 m/s eksenel akış. Temel tasarımda en kritik durum su girişi olmuştur. Bu koşulda maksimum von Mises gerilmesi 129,8 MPa ve maksimum toplam deformasyon 5,378 mm olarak hesaplanmış; tepe gerilme bütün durumlarda kanat kökü–göbek geçişinde yoğunlaşmıştır. 6063-T5 alüminyumun kaynakta verilen 145 MPa nominal akma dayanımı dikkate alındığında 129,8 MPa değeri akma dayanımının yaklaşık %89,5'ine ulaşmaktadır.

Kanat kökündeki geometrik süreksizliği azaltmak amacıyla 2 mm fillet uygulanmış; ardından profil, kanat yerleşim açısı ve kök takviye parametreleri karşılaştırılmıştır. Nihai geometri NACA0012 profili, 0° kanat açısı, Taper Chord = 0,90, Scale Chord = 1,05 ve 2 mm kök filletinden oluşmaktadır. Kritik su giriş koşulunda bu tasarım maksimum gerilmeyi 129,8 MPa'dan yaklaşık 87,0 MPa'a, maksimum toplam deformasyonu 5,378 mm'den 3,669 mm'ye düşürmüştür.

Sonuçların yorum sınırı önemlidir. Çalışma fiziksel prototip testi veya hava–su sınırından gerçek geçiş deneyi değildir. Analiz durağan CFD ve tek yönlü akışkan–yapı bağlaşımına dayanmaktadır; yapısal deformasyonun akış alanına geri etkisi, geçici hidroelastik olaylar, iki fazlı hava–su arayüzü, yorulma ve üretim toleransları hesaplanmamıştır. Bu nedenle sonuçlar ön tasarım ve kritik bölge belirleme açısından güçlü bir sayısal mühendislik çerçevesi sunar, ancak doğrudan saha veya prototip doğrulamasının yerine geçmez.

Araştırma problemi: aynı pervane iki çok farklı akışkan ortamında nasıl güvenli kalabilir?

Hava ve su arasındaki temel mühendislik farklarından biri yoğunluktur. Çalışmanın kullandığı değerlerde hava yoğunluğu 1,225 kg/m³, su yoğunluğu ise 1000 kg/m³'tür. Dolayısıyla aynı geometrinin maruz kaldığı basınç yükü yalnız dönme hızına bağlı değildir; akışkanın yoğunluğu, eksenel giriş hızı, kanat yüzeyindeki basınç dağılımı ve merkezkaç etkisi birlikte yapısal cevabı belirler. Bu nedenle havada daha yüksek devir kullanılması otomatik olarak daha yüksek yapısal gerilme anlamına gelmemektedir.

Önceki çapraz-ortam araç çalışmalarında itki, manevra, hava–su geçiş stratejisi ve kontrol daha çok incelenirken aynı pervanenin farklı ortamlardaki yapısal güvenliği daha az sistematik ele alınmıştır. Bu çalışmanın temel amacı bu boşluğu, hızlı ön tasarımdan ayrıntılı basınç çözümüne ve yapısal optimizasyona uzanan bütünleşik bir iş akışıyla ele almaktır.

Temel pervane geometrisi

Başlangıç pervanesi üç kanatlıdır ve NACA0012 kesiti kullanır. İlk dış çap 250 mm'dir. Göbek bağlantısı ve üç boyutlu geometrik modelleme için her kanat radyal yönde 9 mm içeri kaydırılmış ve nihai analiz çapı 232 mm olmuştur. Kaynağın Şekil 3(b)'sinde ayrıca göbek çapı 45 mm, etkin kanat radyal uzunluğu yaklaşık 93,5 mm ve uç kord uzunluğu 15 mm olarak işaretlenmiştir.

Tek Yönlü Akışkan–Yapı Bağlaşımı Bu Çalışmada Neyi İfade Ediyor?

Tek yönlü akışkan–yapı bağlaşımı, CFD ile hesaplanan kanat yüzeyi basınçlarının ve ilgili merkezkaç yüklerinin sonlu eleman yapısal modeline aktarılması, fakat hesaplanan yapısal deformasyonun yeniden CFD akış alanına geri beslenmemesi anlamına gelir. Bu yaklaşım durağan çoklu çalışma koşullarında kritik gerilme bölgelerini ve optimizasyon hedeflerini düşük hesaplama maliyetiyle belirlemeyi sağlar; buna karşılık deformasyon–akış geri beslemesini ve geçici hidroelastik etkileri çözemez.

BEMT neden ilk aşamada kullanıldı?

Kanat Elemanı Momentum Teorisi, pervaneyi radyal yönde çok sayıda küçük kanat elemanına ayırır. Her elemanın yerel hız üçgeninden hücum açısı belirlenir; kaldırma ve sürükleme kuvvetleri hesaplanır ve momentum teorisiyle uyumlu olacak şekilde indüksiyon faktörleri iteratif olarak güncellenir. Tam üç boyutlu CFD'ye göre daha düşük hesaplama maliyeti nedeniyle BEMT burada nihai yapısal yük üretmek için değil, aday geometrileri sıralamak için kullanılmıştır.

BEMT hız üçgeni

Kaynakta yerel eksenel hız Denklem (1), teğetsel hız Denklem (2), bileşke bağıl hız Denklem (3) ve giriş açısı Denklem (4) ile tanımlanmıştır:

\[ V_a = V_0(1+a) \tag{1} \]

\[ V_t = \Omega r(1-a') \tag{2} \]

\[ W=\sqrt{V_a^2+V_t^2} \tag{3} \]

\[ \phi=\arctan\left(\frac{V_a}{V_t}\right) \tag{4} \]

Burada \(V_0\) eksenel serbest akış hızını, \(a\) eksenel indüksiyon faktörünü, \(a'\) teğetsel indüksiyon faktörünü, \(r\) radyal konumu, \(\Omega\) açısal hızı, \(V_a\) eksenel hız bileşenini, \(V_t\) teğetsel bileşeni ve \(W\) yerel bağıl hızın büyüklüğünü ifade eder.

Kanadın yerel yerleşim açısı \(\beta\) ile akış giriş açısı \(\phi\) arasındaki fark yerel hücum açısını verir:

\[ \alpha=\beta-\phi \tag{5} \]

Bu ilişki, Şekil 1'deki hız üçgeninin geometrik çekirdeğidir. Hücum açısı daha sonra ilgili NACA profilinin kaldırma ve sürükleme katsayılarını belirlemek için kullanılır.

Kaldırma ve sürükleme kuvvetleri

Kaynak, radyal kalınlığı \(dr\) olan bir kanat elemanındaki diferansiyel kaldırma ve sürüklemeyi şöyle tanımlar:

\[ dL=0.5\rho W^2cC_Ldr \tag{6} \]

\[ dD=0.5\rho W^2cC_Ddr \tag{7} \]

Burada \(\rho\) akışkan yoğunluğu, \(c\) yerel kord uzunluğu, \(C_L\) kaldırma katsayısı ve \(C_D\) sürükleme katsayısıdır. Denklemlerdeki \(W^2\) ve \(\rho\) terimleri, yerel kuvvetin bağıl hızın karesi ve akışkan yoğunluğuyla güçlü biçimde ilişkili olduğunu gösterir. Bu matematiksel özellik, neden çok daha düşük devirde çalışan su durumlarının havadaki 3000 r/min durumundan daha ağır yapısal yük üretebildiğini anlamada önemlidir.

Dönme hızı notasyonu

Kaynak Denklem (8)'de devir sayısını açısal hıza dönüştürür:

\[ \omega=\frac{2\pi n}{60} \tag{8} \]

Burada \(n\), r/min cinsinden dönme hızıdır. Kaynak metnin diğer BEMT denklemlerinde aynı fiziksel büyüklük için \(\Omega\) sembolünü kullanmaktadır. \(\omega\) ile \(\Omega\) arasında ayrıca bir eşitlik yazılmadığı için bu, kaynak içindeki küçük bir notasyon tutarsızlığıdır; Verianla metni sembolleri sessizce birleştirmemektedir.

Eleman itki ve torku

Kaldırma ve sürükleme kuvvetleri eksenel ve çevresel yönlere ayrıldığında diferansiyel itki ve tork şu biçimdedir:

\[ dT=B(dL\cos\phi-dD\sin\phi) \tag{9} \]

\[ dQ=Br(dL\sin\phi+dD\cos\phi) \tag{10} \]

Burada \(B\) kanat sayısıdır. Denklem (9), kaldırmanın eksenel bileşeninin itkiye olumlu katkı yaptığını; sürüklemenin ilgili bileşeninin ise itkiyi azalttığını gösterir. Denklem (10), aynı kuvvetlerin çevresel bileşenlerinin dönme eksenine göre tork üretmesini ifade eder.

Momentum teorisi tarafı

İdeal aktüatör disk yaklaşımında halka biçimli akım tüpüne momentum korunumu uygulanarak aynı diferansiyel itki ve tork için ikinci bir ifade elde edilir:

\[ dT=4\pi\rho rV_0^2a(1+a)\,dr \tag{11} \]

\[ dQ=4\pi\rho r^3V_0\Omega(1+a)a'\,dr \tag{12} \]

BEMT çözümünün iteratif olmasının nedeni, kanat elemanı aerodinamiğinden gelen Denklem (9)–(10) ile momentum teorisinden gelen Denklem (11)–(12) ifadelerinin indüksiyon faktörleri üzerinden birbirleriyle uyumlu hale getirilmesidir. Her radyal elemanda \(a\) ve \(a'\) güncellenir; yakınsama sağlandığında bütün kanat boyunca integrasyon yapılarak toplam itki ve tork bulunur.

İtki verimi

Kaynak pervane verimini şöyle tanımlar:

\[ \eta=\frac{TV_0}{Q\Omega} \tag{13} \]

Pay \(TV_0\), eksenel yönde faydalı itki gücünü; payda \(Q\Omega\), mile verilen mekanik dönme gücünü temsil eder. Boyutsal olarak her iki ifade de watt cinsinden güçtür ve oran boyutsuzdur.

İki aşamalı BEMT taraması

İlk taramada global kord ölçekleme ve kanat pitch açısı değiştirilmiş; A2, A3 ve B3 modelleri ikinci aşamaya geçirilmiştir. İlk turun en yüksek toplam puanı A2 için 0,69086'dır. İkinci turda seçilmiş geometrilerin spanwise taper parametresi incelenmiş ve A3 t1 en yüksek 0,58656 puanı elde etmiştir.

Hava ve su puanları nasıl oluşturuldu?

Yazarlar verime %50, itki katsayısına %35 ve güç katsayısına %15 ağırlık vermiştir. Su ve hava tarafı skorları sırasıyla:

\[ S_w=0.50\eta_w^*+0.35C_{T,w}^*+0.15C_{P,w}^* \tag{14} \]

\[ S_a=0.50\eta_a^*+0.35C_{T,a}^*+0.15C_{P,a}^* \tag{15} \]

Nihai çapraz-ortam puanı ise:

\[ Score=0.60S_w+0.40S_a-0.10|S_w-S_a| \tag{16} \]

biçimindedir. Son formül su performansına %60, hava performansına %40 ağırlık verir ve iki ortam arasında aşırı dengesizlik varsa \(|S_w-S_a|\) ceza terimini uygular. Kaynak yıldızlı \(\eta^*\), \(C_T^*\) ve \(C_P^*\) büyüklüklerini normalize edilmiş göstergeler olarak tanımlamakta, ancak bu normalize etme işleminin açık matematiksel dönüşümünü ayrıca vermemektedir. Bu nedenle puanlama sistemi kaynak değerleriyle kullanılabilse de tamamen bağımsız yeniden üretim için normalizasyon ayrıntısı eksiktir.

Seçilen temel konfigürasyon

A3 t1; hava ve su tarafındaki performans, geometrik süreklilik ve ikinci aşama toplam puanı birlikte değerlendirilerek temel geometri seçilmiştir. Parametreleri Scale Chord = 0,80, Change Blade Angle = +2° ve Taper Chord = 1,00'dır. Bundan sonraki CFD ve yapısal analizler bu geometri üzerinden yürütülmüştür.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

CFD modeli

Hava ve su sıkıştırılamaz sürekli akışkan olarak modellenmiştir. Hava başlangıcında kanat ucu Mach sayısı yaklaşık 0,107 olarak verilmiş ve bu değer düşük hızlı sıkıştırılamaz yaklaşım için kabul edilebilir görülmüştür. Süreklilik ve momentum denklemleri sonlu hacim CFD çerçevesinde çözülmüş; duvar yakınındaki akış, ters basınç gradyanı ve ayrılmaya eğilimli döner kanat problemleri nedeniyle SST \(k-\omega\) türbülans modeli kullanılmıştır.

Hesap alanı içte dönen, dışta sabit iki bölgeden oluşmaktadır. Kanat ve göbek yüzeyleri no-slip duvarlardır. Hava başlangıcı ve su başlangıcı durumlarında giriş hızı sıfır, su girişinde eksenel giriş hızı 5 m/s'dir. Çıkışta basınç çıkış sınır koşulu uygulanmıştır.

Basınç alanı neden doğrudan FEA modeline aktarıldı?

Kanat yüzeyindeki basınç düzgün değildir. Kaynağın CFD şekilleri, yüksek basınçların özellikle hücum kenarı ve kanat kökü çevresinde, daha düşük basınçların emme yüzeyi ve firar kenarında oluştuğunu göstermektedir. Bu nedenle kanadı tek bir sabit basınçla yüklemek, gerçek yük aktarımını aşırı basitleştirirdi. Araştırmacılar CFD'deki radyal ve kord yönündeki üç boyutlu basınç alanını sonlu eleman yüzeylerine eşleştirmiş ve buna her çalışma koşulunun merkezkaç yükünü eklemiştir.

Mesh bağımsızlığı ve duvar çözünürlüğü

Orta ve ince mesh arasındaki farkların %1'in çok altında kalması nedeniyle ince mesh sonraki bütün CFD hesaplarında kullanılmıştır. Ortalama \(y^+\) değerleri hava başlangıcında 0,42, su başlangıcında 0,76 ve su girişinde 0,95'tir. Maksimum değerler sırasıyla 1,35, 1,82 ve 2,37'dir; kanat yüzeyinin %95'ten fazlasında \(y^+<1\) bulunmuştur. Bu değerler SST \(k-\omega\) modelinde viskoz alt tabakanın doğrudan çözülmesine yönelik ince duvar mesh yaklaşımıyla uyumludur.

Yapısal model ve yük aktarımı

CFD basınç alanları sonlu eleman modelindeki ilgili kanat yüzeylerine aktarılmıştır. Göbek–şaft arayüzü sabit mesnet kabul edilmiştir. Yapısal performans iki ana büyüklükle değerlendirilmiştir: maksimum von Mises eşdeğer gerilmesi ve maksimum toplam deformasyon. Von Mises gerilmesi yerel akma riskine ve gerilme yoğunlaşmasına duyarlıyken toplam deformasyon bütün pervanenin global yer değiştirmesini ifade eder.

Su Girişi Neden En Kritik Yapısal Koşul Oldu?

Su girişi en kritik durumdur çünkü 1000 kg/m³ yoğunluğundaki suya 5 m/s eksenel giriş eklenmesi kanat yüzeyinde özellikle kök geçişi yakınında daha güçlü ve daha düzensiz basınç gradyanları oluşturmuş; bu CFD yükleri merkezkaç etkisiyle birlikte FEA modeline aktarıldığında maksimum von Mises gerilmesi 129,8 MPa'a ve maksimum deformasyon 5,378 mm'ye ulaşmıştır. Havada devir daha yüksek olsa da çok daha düşük hava yoğunluğu nedeniyle yapısal yük daha küçük kalmıştır.

Temel modelin yapısal cevabı

Kaynağın kendi sayıları su girişinin hem en yüksek gerilmeyi hem de en yüksek toplam deformasyonu oluşturduğunu göstermektedir. Buna rağmen sonuç metnindeki bir cümlede su başlangıcı deformasyonunun su girişinden daha büyük olduğu yazılmıştır; bu ifade tablolardaki değerlerle uyuşmamaktadır.

Kanat Kökü Neden Gerilme Yoğunlaşmasının Merkezi Oldu?

Kanat kökü–göbek geçişi, kanat yüzeyine dağılan hidrodinamik ve aerodinamik kuvvetlerin göbeğe ve şafta aktarılmak zorunda olduğu ana yük yoludur; aynı bölgede kesit ve eğrilik geometrisi de değiştiği için yük aktarımı ile geometrik süreksizlik birleşerek yerel von Mises gerilmesini yükseltir. Bu nedenle bütün üç koşulda tepe gerilme kanat ucunda veya orta açıklıkta değil, kök geçişinde oluşmuştur.

Neden bütün kanat yerine kök bölgesi optimize edildi?

Kaynağın gerilme konturları zayıf bölgenin lokal olduğunu göstermektedir. Tüm kanat profilini değiştirmek aerodinamik veya hidrodinamik performansı, kütleyi, dönme ataletini ve güç tüketimini gereksiz biçimde değiştirebilirdi. Bu nedenle araştırmacılar yük taşıma kesitini ve geometrik sürekliliği doğrudan iyileştiren yerel bir yaklaşım seçmiştir.

İlk yerel değişiklik: 2 mm fillet

Kanat kökü–göbek birleşimindeki keskin geometrik geçişe 2 mm radyüslü fillet eklenmiştir. Fillet, yükün dar bir geometrik kırılma noktasında yoğunlaşması yerine daha sürekli bir eğrilik boyunca aktarılmasını amaçlar. Kaynak, bu değişikliğin her iki su koşulunda da tepe gerilmeyi düşürdüğünü bildirmektedir.

Parametrik optimizasyon

Fillet sonrasında üç değişken grubu incelenmiştir: NACA0012, NACA2412 ve NACA0020 profilleri; −2°, 0° ve +2° yerleşim açıları; ayrıca farklı Taper Chord ve Scale Chord kombinasyonlarıyla kök takviyesi. Bütün karşılaştırmalar kritik su giriş koşulunda yapılmıştır.

Bu tablo daha kalın bir profilin veya daha büyük kanat açısının otomatik olarak daha düşük gerilme sağlamadığını göstermektedir. Profil ve açı değişikliği yüzey basıncını ve yükün dağılımını da değiştirdiğinden, yapısal kazanım yalnız kesit kalınlığıyla açıklanamaz. En düşük tepe gerilme, kökün taşıyıcı alanını ölçülü biçimde büyüten Taper 0,90 / Scale 1,05 kombinasyonunda elde edilmiştir.

Nihai optimize geometri

Önce ve sonra karşılaştırması

Su girişinde maksimum von Mises gerilmesindeki azalma yaklaşık %32,97, toplam deformasyondaki azalma yaklaşık %31,77'dir. Hava başlangıcında değişim mutlak olarak küçüktür; çünkü başlangıç gerilme ve deformasyon değerleri zaten düşüktür.

Su başlangıcı deformasyon yüzdesindeki kaynak problemi

Makalenin optimizasyon metni su başlangıcı deformasyonunun %78,23 azaldığını bildirir. Ancak Tablo 7'de verilen 1,330 mm ve 0,611 mm değerleri kullanıldığında aritmetik azalma yaklaşık %54,06'dır. Tablo 5'teki 1,133 mm temel değer kullanılırsa azalma yaklaşık %46,07 olur. Dolayısıyla %78,23 değeri kaynak içindeki iki olası temel değerle de uyuşmamaktadır ve güvenilir bir sonuç olarak tekrar edilmemelidir.

Şekil 8'deki görsel tutarsızlık

Kaynağın Şekil 8 başlığı, temel ve optimize modellerin toplam deformasyon konturlarını üç koşul için karşılaştırdığını belirtmektedir. Hava başlangıcı ve su başlangıcı panelleri gerçekten toplam deformasyon olarak etiketlenmiştir. Buna karşılık su girişini temsil eden (e) ve (f) alt panellerinin kendi lejantlarında “Equivalent (von-Mises) Stress” ve Pa birimi görünmektedir. Dolayısıyla bu iki panel, figür başlığıyla uyumlu deformasyon konturları değildir. Su girişine ilişkin 5,378 mm ve 3,669 mm deformasyon değerleri Tablo 7 ve metinden alınmalıdır.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

Kaynak, ayrı hava ve su çalışma koşullarında yapısal yüklerin yalnız dönme hızına göre sıralanamayacağını desteklemektedir. Akışkan yoğunluğu ve eksenel giriş, basınç alanını ve sonuçta kanat üzerindeki yük aktarımını önemli ölçüde değiştirir. İncelenen üç durumda en kritik yük yolu kanat kökünden göbeğe doğrudur ve lokal kök optimizasyonu su ortamındaki tepe gerilmeyi belirgin biçimde azaltmıştır.

Kaynak ayrıca hızlı BEMT taraması, ayrıntılı CFD basınç çıkarımı ve FEA tabanlı kritik bölge belirlemenin, erken tasarım aşamasındaki çapraz-ortam pervaneleri için hesaplama maliyeti ile fiziksel ayrıntı arasında uygulanabilir bir mühendislik dengesi sağlayabileceğini göstermektedir.

Çalışmanın desteklemediği sonuçlar

Çalışma, optimize pervanenin fiziksel prototipte aynı gerilme ve deformasyon değerlerini üreteceğini deneysel olarak göstermemiştir. Hava–su arayüzünden geçiş sırasında oluşabilecek serbest yüzey, çok fazlı akış, çarpma yükü, kavitasyon, geçici basınç darbeleri veya hidroelastik geri besleme çözülmemiştir. Tek yönlü bağlaşım, yapısal deformasyonun akış alanını değiştirebileceği durumları hesaba katmaz.

Araştırma ayrıca yorulma ömrü, titreşim, rezonans, üretim kusurları ve toleransları, gerçek malzeme saçılımı veya uzun dönem operasyon güvenilirliği için deneysel doğrulama sunmaz. Bu nedenle 87 MPa'lık optimize maksimum gerilme, yalnız tanımlanan durağan sayısal koşullar altında elde edilmiş bir FEA sonucudur.

Yeniden üretilebilirlik açısından eksik kalan bilgiler

Kaynak kullanılan CFD ve FEA yazılım paketinin ticari veya açık kaynak adını raporlamamakta; basınç–hız bağlaşım algoritması, ayrıklaştırma mertebesi, residual yakınsama eşikleri ve yapısal çözücünün ayrıntıları gibi bazı sayısal uygulama bilgilerini de açıkça vermemektedir. BEMT puanlamasında kullanılan yıldızlı normalize edilmiş \(\eta^*\), \(C_T^*\) ve \(C_P^*\) göstergelerinin tam normalizasyon formülleri de belirtilmemiştir. Bu eksikler, verilen sonuçların anlaşılmasını engellemez; fakat bağımsız bir araştırmacının çalışmayı birebir yeniden üretmesini sınırlar.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün çalışma: Structural Analysis and Optimization of a Propeller Under Separate Air and Water Operating Conditions Using One-Way Fluid–Structure Coupling.

Yazarlar: Tiezhuang Zhou; Zhihang Wang; Minghao Zhao; Guobin Zhang.

Sorumlu yazarlar: Tiezhuang Zhou ve Guobin Zhang.

Kurumlar: Salt Lake Chemical Engineering Research Complex, School of Chemical Engineering, Qinghai University, Xining, China; resmî MDPI kaydında ikinci kurum Inner Mongolia Power Group Alxa Power Supply Company, Alxa, China olarak yer almaktadır. PDF metin katmanındaki ikinci kurum satırında “HohhotInner Mongolia...” biçiminde birleştirilmiş bir yazım görülmektedir.

Dergi ve yayın kimliği: Fluids, 2026, Cilt 11, Sayı 9, Makale 225. Yayınevi: MDPI. DOI: 10.3390/fluids11090225.

Yayın süreci: Makale 9 Temmuz 2026'da alınmış, 13 Ağustos 2026'da revize edilmiş, aynı gün kabul edilmiş ve 7 Eylül 2026'da yayımlanmıştır.

Kaynak türü: Hakemli, açık erişimli, sayısal mühendislik araştırma makalesidir. Çalışma fiziksel prototip deneyi değildir.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Temel yöntem: İki aşamalı BEMT geometri taraması; SST k-ω türbülans modeliyle üç boyutlu CFD; CFD yüzey basıncının ve merkezkaç yükünün sonlu eleman modeline aktarılması; tek yönlü akışkan–yapı bağlaşımı; maksimum von Mises gerilmesi ve toplam deformasyon üzerinden yapısal optimizasyon.

Finansman: Project of the Joint Research Institute for Clean Energy Technology Innovation and Achievement Transformation, Qinghai University, No. LHYJY-04-05.

Etik kurul / bilgilendirilmiş onam: Uygulanabilir değildir.

Veri erişilebilirliği: Yazarlar çalışmanın bulgularını destekleyen verilerin makalenin içinde bulunduğunu belirtmektedir.

Çıkar çatışması: Guobin Zhang, Inner Mongolia Power Group Alxa Power Supply Company çalışanıdır. Diğer yazarlar araştırmayı potansiyel ticari veya mali çıkar çatışması oluşturabilecek ilişkiler olmadan yürüttüklerini beyan etmiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma Tiezhuang Zhou ve Guobin Zhang; yöntem Tiezhuang Zhou ve Zhihang Wang; yazılım Zhihang Wang; doğrulama Minghao Zhao ve Guobin Zhang; biçimsel analiz ve araştırma Tiezhuang Zhou; kaynaklar ve gözetim Guobin Zhang; veri düzenleme ve görselleştirme Zhihang Wang; ilk taslak Tiezhuang Zhou; gözden geçirme ve düzenleme Zhihang Wang, Minghao Zhao ve Guobin Zhang; proje yönetimi Tiezhuang Zhou; finansman temini Guobin Zhang tarafından yürütülmüştür.

Kaynak içindeki doğruluk ve tutarlılık notları

Birinci olarak, su başlangıcındaki temel toplam deformasyon Tablo 5'te 1,133 mm, Tablo 7'de 1,330 mm verilmiştir. Şekil 8(c)'de yaklaşık 1,3312 mm görüldüğü için Tablo 7 ile şekil kendi aralarında daha tutarlıdır; ancak Verianla bu farkı kaynak adına sessizce düzeltmemektedir.

İkinci olarak, sonuç metnindeki “su başlangıcının su girişinden daha büyük maksimum deformasyon oluşturduğu” cümlesi aynı kaynaktaki 1,133/1,330 mm ve 5,378 mm değerleriyle çelişmektedir.

Üçüncü olarak, su başlangıcındaki deformasyon azalması kaynak metninde %78,23 olarak verilmiştir; ancak yayınlanmış tablo değerleriyle bu yüzde yeniden üretilememektedir.

Dördüncü olarak, Şekil 8 toplam deformasyon figürü olarak etiketlenmesine rağmen su girişi için (e) ve (f) panellerinde von Mises gerilmesi ve Pa birimi görünmektedir.

Beşinci olarak, BEMT metni açısal hız için çoğunlukla \(\Omega\) sembolünü kullanırken Denklem (8) aynı büyüklüğü \(\omega\) ile tanımlamaktadır. Bu iki sembol kaynakta ayrıca eşitlenmemiştir.

Temel yöntemsel sınırlılıklar

Tek yönlü bağlaşım yapısal deformasyonun CFD alanına geri etkisini ihmal eder. Basıncın CFD meshinden yapısal meshe aktarılması interpolasyon hatası oluşturabilir. Hesaplar durağan koşullara dayandığından geçici hidroelastik etkiler ve hava–su sınırının gerçek geçiş dinamiği çözülemez. Fiziksel deneysel doğrulama yapılmamış, yorulma ve üretim toleransları değerlendirilmemiştir.

Yazarların kendi sonuç bölümünde de sonraki çalışmalar için deneysel doğrulama, geçici veya iki yönlü akışkan–yapı etkileşimi, yorulma analizi ve yapısal güvenlik ile itki performansını eşzamanlı optimize eden yöntemler önerilmektedir. Bu nedenle çalışmanın en doğru bilimsel konumu, nihai ürün doğrulamasından ziyade erken tasarım taraması ve lokal yapısal optimizasyon için geliştirilmiş sayısal bir mühendislik iş akışıdır.