Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği, Türkiye
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Fahri Çelik
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Denizaltı hidrodinamiği alanındaki bilimsel araştırmaların büyük kısmının akustik ve sevk sistemi verimi konularına odaklandığı görülmektedir. Sevk karakteristiklerini belirleme konusunda sayısal ve deneysel yöntemlerin birbirlerini doğrulayacak şekilde kullanılabilmesi önem taşımaktadır. Denizaltılar konusunda açık literatüre sunulan verilerin kısıtlı olması Amerika Birleşik Devletleri'nde DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency)'nın Suboff projesini başlatmasına neden olmuştur. Böylece geometrisi açık literatüre sunulmuş jenerik bir denizaltı formu üstünde araştırmacılar sayısal ve deneysel çalışmalarını gerçekleştirebilmektedir. DARPA Suboff denizaltı model geometrisi kullanılarak birçok çalışma yayınlanmıştır. Bu çalışmalar arasında INSEAN (Italian Ship Model Basin) tarafından tasarlanan E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff denizaltı geometrisinin sayısal olarak sevk karakteristiklerini belirlemeye yönelik çalışmalar bulunmasına rağmen bu verileri doğrulayacak deneysel bir çalışma mevcut değildir. Denizaltıların sevk karakteristiklerine etki eden en önemli faktörlerden biri de kıç formu dolayısıyla kıç koniklik açısıdır. Kıç koniklik açısının sevk karakteristiklerine etkisi ile ilgili açık literatürde sınırlı kaynak bulunmaktadır. Bu kaynaklarda itme azalması katsayısı, iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri kıç koniklik açısına ve denizaltı boy-genişlik oranına bağlı olarak sunulmaktadır. Bu kaynaklar incelendiğinde özellikle tekne verimi yönünden verilerde uyumsuzluk gözlemlenmektedir. Bu bilgiler doğrultusunda bu çalışma kapsamında E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff denizaltı modelinin sevk karakteristikleri deneysel ve sayısal olarak incelenerek elde edilen sonuçlar doğrulanmış ve kıç koniklik ile boy-genişlik oranının sevk karakteristikleri üzerine etkileri sayısal olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışma kapsamında Türkiye'de ilk kez denizaltı sevk deneyleri gerçekleştirmek üzere bir denizaltı deney düzeneği tasarlanarak üretilmiştir. Yine denizaltı model pervanesi de yerli imkanlar ile model deneylerine uygun hassasiyette işlenerek üretilmiştir. DARPA Suboff model denizaltısı ve INSEAN E1619 pervanesi geometrileri kullanılarak üretilen denizaltı test düzeneği ile İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuvarı'nda direnç ve sevk deneyleri gerçekleştirilmiştir. Direnç deneyleri üç farklı hız için gerçekleştirilmiş ve sonuçlar daha önce açık literatüre sunulmuş sonuçlar ile karşılaştırılarak iyi bir uyum gözlemlenmiştir. Sevk deneyleri değişken yüklemeli sevk deneyi yöntemine göre tek bir dizayn hızında farklı pervane yüklemelerine denk gelecek şekilde yedi farklı devir değeri için tekrarlanmıştır. Deney sonucunda denizaltının kendi kendini sevk noktası ve bu noktadaki devir, itme kuvveti, tork kuvveti değerleri belirlenmiştir. Sevk deneyi verileri itme benzerliği yaklaşımı kullanılarak düzenlenmiş, itme azalması katsayısı, Taylor iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri elde edilmiştir. Sayısal hesaplamalar sonlu hacimler yöntemini kullanan ANSYS Fluent 14.5 yazılımı ile yapılmıştır. Analizler zamandan bağımsız olarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal hesaplamalarda E1619 model pervanesi bir Chimera blok içinde modellenerek MRF (Moving Referans Frame) yöntemi ile dönme hareketi verilmiştir. Türbülans modeli olarak pervane analizlerinde kullanımı yaygın olan SST k-w türbülans modeli kullanılmıştır. Analizler farklı çözüm ağı yoğunlukları için yapılarak çözüm ağından bağımsızlık çalışması gerçekleştirilmiştir. Pervane açık su karakteristikleri ve pervane gerisi hızları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar daha önce INSEAN tarafından sunulan sonuçlar ile karşılaştırılmış ve özellikle dizayn hızında iyi bir uyum yakalandığı görülmüştür. Pervane açık su karakteristikleri ve pervane gerisi hızları aynı zamanda pervanenin denizaltı arkasında kullanılan ölçeklendirilmiş boyutu için de analizler yapılarak elde edilmiştir. Yine aynı şekilde DARPA Suboff model denizaltısının direnci de farklı hızlar için sayısal olarak elde edilmiştir. Elde edilen direnç değerleri hem daha önce açık literatüre sunulan hem de tez çalışması kapsamında elde edilen deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sayısal sonuçların deneysel sonuçlar ile iyi bir uyum yakaladığı gösterilmiştir. Sayısal olarak kendi kendini sevk noktasının belirlenmesi için E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff model denizaltısının dizayn hızında analizleri değişken yüklemeli sevk deneyi yöntemine uygun olarak tahmini sevk noktasının üstünde ve altında olacak şekilde iki farklı pervane yüklemesinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen itme kuvveti ve direnç değerlerinin pervane devrine bağlı olarak çizdirilmesi ile oluşan kesişim kendi kendini sevk devrini vermiş, bu devir için de bir daha analiz yapılarak bu noktadaki sevk karakteristikleri itme benzerliği yaklaşımı kullanılarak itme azalması katsayısı, iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri olarak elde edilmiştir. Elde edilen sayısal sonuçlar deneyde elde edilen veriler ile karşılaştırılmış ve özellikle kendi kendini sevk noktasındaki pervane devri ile itme kuvvetinin iyi bir uyum ile belirlendiği görülmüştür. Sayısal olarak kendi kendini sevk noktasının deneysel sonuçlar ile uyum içinde elde edilmesinin ardından DARPA Suboff denizaltısının farklı kıç koniklikleri ve orijinal durumdaki koniklik için farklı boy-genişlik oranları için sevk karakteristikleri hesaplanmıştır. Farklı kıç koniklik açısına sahip denizaltı geometrilerinin türetilmesi için denizaltı geometrisinin kıç formu için verilen matematiksel formülasyondaki katsayılar sabit hacim prensibi sağlanacak şekilde değiştirilerek farklı kıç koniklik açısına sahip denizaltı geometrileri türetilmiştir. Bunlar içinde anlamlı olan dört adet geometri belirlenerek direnç ve sevk karakteristikleri sayısal olarak elde edilmiştir. Elde edilen itme azalması katsaysı, Taylor iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri kıç koniklik açısına bağlı olarak çizdirilmiş açık literatürde daha önce verilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Farklı boy-genişlik oranlarına sahip denizaltı geometrileri de pervaneli denizaltı kıç formunun ölçeklendirilmesi ve sabit hacim koşulu sağlanacak şekilde paralel gövde uzunluğunun değiştirilmesi ile elde edilmiştir. Orijinal koniklik açısına göre türetilen formların direnç ve sevk analizleri yapılmıştır. Kendi kendine sevk noktaları belirlenerek bu noktalardaki iz katsayısı ve tekne verimi ifadeleri hesaplanarak açık literatürde verilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışması ile E1619 pervanesi ile sevk edilen DARPA Suboff Denizaltı modelinin sevk deneyleri gerçekleştirilerek kendi kendine sevk noktası belirlenmiş ve sevk karakteristikleri açık literatüre kazandırılmıştır. Kıç koniklik açısının sevk verimine etkisi araştırılarak açık literatürde bulunan sonuçlara bir katkı sağlanmıştır. Ve nihayetinde Türkiye'de milli denizaltı çalışmalarında hem deneysel hem de sayısal yönden denizaltı sevki konusunda gerçekleştirilecek çalışmalar için başvurulabilecek bir kaynak sağlanmıştır.