Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Naval Architecture and Marine Engineering, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: KADİR BEYTULLLAH GÜNDÜZ
Danışman: Yasemin Arıkan Özden
Özet:
Savunma Sanayi’nin ve ülkelerin donanma kuvvetleri için önemli bir yeri olan denizaltıların özellikle II. Dünya Savaşı’nda alınan neticelerden sonra hatırı sayılır bir önemi olduğu anlaşılmıştır. Bunu takip eden yıllarda denizaltı özelinde birçok buluşa imza atılmıştır. Denizaltı bünyesinde gelişen teknolojilerin en başında tahrik sistemleri yer almaktadır. Bahsedilen alanda klasik dizel-elektrik tahrik sistemine rakip birçok teknolojik ilerleme gözlemlenmiştir. Bu sevk sistemlerine örnek olarak nükleer tahrikli sevk sistemleri ve birçok çeşidi bulunan AIP (Havadan Bağımsız Tahrik) sistemleri gösterilebilir. Özellikle AIP sistemlerde son yıllarda birçok gelişim yaşanmıştır. AIP sistemlerin klasik dizel- elektrik tahrik sistemlerine göre en büyük avantajı denizaltıların deniz altında uzun süreler boyunca kendilerini sevk edebilmeleridir. AIP sistemlerinden, Stirling motor temelli tahrik sistemleri günümüzde yaygın olarak kullanılan bir havadan bağımsız tahrik sistemidir. Bu konuda İsveç ve Japonya gibi denizaltı teknolojilerinde ileri seviyede olan ülkeler etkili sonuçlar elde etmişlerdir ve hali hazırda denizaltı filolarında Stirling motorlu havadan bağımsız tahrik sistemlerini kullanmaktadırlar. Bu gelişim Stirling temelli AIP sistemlerinin başarılı olabildiğini göstermektedir. Denizaltı alanında güncel teknolojik gelişmelerin ışığında Howaldtswerke-Deutsche Werft firması tarafından tasarlanan ve halihazırda Türk Donanması’nın yanı sıra 13 ülkenin donanmasının envanterinde bulunan Tip 209 sınıfı denizaltılarının, klasik dizel-elektrik tahrik sisteminin modernizasyon önerisi olarak Stirling motor temelli bir havadan bağımsız tahrik sisteminin konsept olarak tasarlanması amaçlanmıştır. Bu amaçla internet üzerinden bulunan açık kaynaklardan ulaşılan yerleşim planları, denizaltı ve pervane geometrisi resimlerinden yola çıkılarak 209 sınıfı denizaltısı mümkün olduğunca benzetilmeye çalışılarak modellenmiştir. Literatür kaynakları taranarak Stirling temelli AIP sistemleri üzerine yapılan deneyler ve araştırmalar hakkında ön çalışma yapılmıştır. Bu çalışmaların neticesinde yeni tasarlanacak olan Stirling AIP sisteminde kullanılmak üzere, denizaltı formuna uygun ve güç/hacim oranı yüksek olan serbest pistonlu Stirling motoru tercih edilmiştir. Tip 209 sınıfı denizaltısının tahrik sistemi incelenmiş ve paralel boy ekleme işlemine ihtiyaç duyulmaksızın, tahrik sistemi bileşenleri güncellenerek hacim kazanımı sağlanmış ve konsept olarak tasarlanan Stirling AIP sisteminin kazanılan hacme entegrasyonu yapılmıştır. Serbest pistonlu Stirling motorunun, akademik ve deneysel çalışmalar incelenerek konsept tasarımı hazırlanmış ve termodinamik hesaplamaları yapılmıştır. Serbest pistonlu Stirling motoruna ait boyutsal ve termodinamik parametreler belirlenmiştir. Stirling AIP sisteminde, 12 adet her biri 15 kW gücünde toplamda ise 300 kW’lık serbest pistonlu Stirling motoru kullanılmıştır. Stirling AIP sisteminde bulunan LOX tankı, Helyum ve Nitrojen tankları ve Stirling motorunun ısı kaynağı olarak kullanılacak olan alev duvarı konsept olarak tasarlanmıştır. Stirling AIP sistem modülünün denizaltıya entegrasyonu için iki önemli değişiklik yapılmıştır. Bunlardan ilki eski tip elektrik tahrik motoru yerine günümüzde tercih edilen ve verimli çalışma özellikleri sunan SIEMENS marka Permasyn 3,96 MW güce sahip elektrik tahrik motoru seçilmiştir. Bu sayede eski yerleşime göre yaklaşık 2,2 metre uzunluğunda hacim kazanımı sağlanmıştır. İkinci önemli revizyon ise Tip 209 sınıfı denizaltısında bulunan 3430 kW gücünde dört adet dizel jeneratör yerine iki adet MTU 16 V marka toplamda 3000 kW gücünde iki adet dizel jeneratör seçilmiştir. Bu değişiklik sayesinde 4,7 metre uzunluğunda hacim kazanımı sağlanmıştır. Pervane ve batarya sisteminde herhangi bir değişiklik yapılmamıştır. Tip 209 sınıfı denizaltısının sıa hesabı yapmak ve yeni tasarlanan AIP sisteminin etkisini görebilmek için açık kaynaklardaki resim ve fotoğraflara bakılarak türetilen Tip 209 sınıfı denizaltısının ve pervanesinin üç boyutlu modellerinin, sırasıyla açık su, direnç ve sevk analizleri yapılmıştır. Tip 209 sınıfı denizaltısının direnç ve sevk analiz sonuçları incelenerek hızlara göre gerekli güç belirlenmiştir. Bu hesaplamalar neticesinde Tip 209 sınıfı denizaltısının 8 knot hıza kadarki güç talebini AIP sisteminin karşıladığı 26 görülmüştür. Tip 209 sınıfı denizaltısının sıa hesaplamaları yapılmış ve Stirling AIP sistem eklentisi ile sıa süresinin yaklaşık %300’e kadar arttığı hesaplanmıştır.