LEE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 20
-
ÖgePompa jetli su altı araçları için optimizasyon temelli tasarım metodolojisi geliştirilmesi(İTÜ Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-06-19)Bu tez çalışmasında, su altı araçlarında kullanılması planlanan bir pompa jeti tahrik sistemi için yavaşlatıcı tipte nozul geometrisi tasarlanması üzerine optimizasyon temelli bir metodoloji geliştirmeyi amaçlamıştır. Su altında kullanılan pompa jetlerinde aracın kuyruk formu da sistemin bir parçası olarak davrandığı için nozul ve kuyruk geometrileri birlikte ele alınması gereklidir. Bu iki yapı birlikte bir akış alanı oluşturur ve bu alanın içerisine yerleştirilen rotor ve stator bileşenlerinin verimlerini doğrudan etkilerler. Bu sebeple bu çalışma kapsamında literatürdeki çalışmalardan farklı olarak su altı araçlarında kullanılması planlanan pompa jeti tahrik sistemine ait yavaşlatıcı nozul tasarım süreçlerine kuyruk formunun tasarımı da dahil edilmiştir. Çalışmanın ilk aşaması, geometrik parametrelerin belirlenmesidir. Pompa jeti nozulu bir hidrofol kesitinden türetilmiş olup, optimizasyon sürecinde NACA 4-haneli serisi kullanılmıştır. Bu seride, maksimum sehim noktası, maksimum sehim ve maksimum kalınlık temel parametreler olarak ele alınmıştır. Tüm bunlara ek olarak nozul açısı ile nozulun uzaydaki konumu (x ve y koordinatları) da eklenince toplamda 6 parametre ile nozul geometrisi tanımlanmıştır. Kuyruk geometrisini parametreleştirmek için ise yüksek mertebeden polinomlar kullanılmış ve kuyruk geometrisinin matematiksel olarak ifade edilmesinde 6. dereceden bir polinom tercih edilmiştir. Bu polinomun sınır koşulları ile birlikte çözümünden elde edilen 3 parametre ile kuyruk geometrisi kontrol edilebilir hale gelmiştir. Sonuç olarak 6 tanesi nozul geometrisinden ve 3 tanesi kuyruk geometrisinden gelmek üzere toplamda 9 parametre ile optimizasyon kontrol altına alınmıştır. Akışkan dinamiklerini doğru bir şekilde modellemek ve hesaplama maliyetlerini azaltmak için iki boyutlu eksenel simetrik bir analiz modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan analiz modeli Siemens HEED programı içerisinde bulunan SHERPA algoritması entegrasyonu ile desteklenmiştir. SHERPA algoritması, 70 milyondan fazla olası varyasyon bulunmasına rağmen yaklaşık 1000 farklı yapılandırmayı değerlendirerek geniş tasarım alanında verimli bir şekilde gezinmiş ve optimum sonuca ulaşmıştır. Optimum geometri olarak tanımlanan ID-336, toplam direnç kuvvetini azaltma ve yüksek rotor giriş basıncını koruma arasında en iyi dengeyi göstermiştir. Bu sonuçlar, su altı araçlarının performansını artırmak için nozul ve kuyruk geometrilerinin birlikte optimize edilmesinin kritik önem taşıdığını göstermektedir. İki boyutlu optimizasyonun ardından, üç boyutlu analiz aşaması, optimize edilmiş nozul ve kuyruk geometrisinin yanı sıra rotor ve stator bileşenlerini de içerecek şekilde genişletilmiştir. İki boyutlu modelde basitleştirilmiş momentum kaynağı temsilinin yerini, gerçek rotor kanat geometrileri almıştır. Rotor-stator etkileşimlerinin entegrasyonu, nozul içindeki akış düzgünlüğünü iyileştirmiş, rotor girişindeki basınç dağılımını artırmış ve kavitasyon risklerini en aza indirmiştir. Bu iyileştirmeler, karşılaştırmalı basınç alanı görselleştirmeleri ile doğrulanmıştır. Optimum tasarımın doğrulaması, üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları ile gerçekleştirilmiş ve iki boyutlu ile üç boyutlu sonuçlar arasındaki tutarlılık doğrulanmıştır. Üç boyutlu model, iki boyutlu sonuçlardan sadece %1,9 oranında basınç katsayısı ve %3,3 oranında toplam direnç kuvveti farkı göstermiştir. Bu bulgular, iki boyutlu optimizasyon metodolojisinin üç boyutlu uygulamalara güvenilir bir şekilde genişletilebileceğini göstermektedir. Çalışmada ayrıca rotor-stator etkileşimlerinin genel sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Optimize edilmiş stator konumlandırması sayesinde rotor girişindeki akış hizalanması iyileştirilmiş, bu da itki üretimini istikrarlı hale getirmiş ve akustik emisyonları azaltmıştır. Ayrıca, 15 metre derinlikte Schnerr-Sauer modeli kullanılarak yapılan kavitasyon analizi, optimize edilmiş tasarımın kavitasyon oluşumunu başarıyla sınırladığını, özellikle rotor arayüzünde daha yüksek basınç seviyelerini koruyarak sağladığını ortaya koymuştur. Sonuç olarak, optimize edilmiş nozul ve kuyruk yapılandırmasına rotor ve stator geometrilerinin entegrasyonu, pumpjet tahrik sistemlerinin genel performansını önemli ölçüde artırmaktadır. Bu çalışmada sunulan çoklu hedef optimizasyon yaklaşımı, yüksek hızlı su altı araçları için hem hidrodinamik verimlilik hem de kavitasyon kontrolü sağlayan verimli ve dayanıklı tahrik sistemleri tasarlamak için pratik bir çerçeve sunmaktadır.
-
ÖgeFarklı yüzer havuz tiplerinin sonlu elemanlar yöntemi ile yapısal analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-06-12)Yüzer havuzlar, su üstü araçlarının bakım ve onarım işlemlerinin karada daha hızlı ve maliyet etkin bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak tanımaktadır. Farklı operasyonel gereksinimleri karşılamak üzere çeşitli konfigürasyonlarda tasarlanan yüzer havuzların dünya genelinde 30'dan fazla farklı tipi kullanılmakta olup her biri kendine özgü yapısal özelliklere sahiptir. Bu çalışmada, yaygın olarak kullanılan iki yüzer havuz tipi olan Rennie ve Keson (Caisson) tiplerinin geometrik tasarımı ve yapısal analizi sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Keson tipi yüzer havuz, temel tasarım prensipleri Rennie tipi yüzer havuza dayanan, ancak mukavemet açısından daha gelişmiş bir yapıya sahip olan bir konfigürasyondur. Bu nedenle, çalışmada Rennie tipi yüzer havuzun modernizasyon yoluyla Keson tipine dönüştürülerek yapısal performansının nasıl iyileştirilebileceği de ele alınmıştır. Çalışmanın temel amacı, bu iki havuz tipinin yapısal farklılıklarının sehim (deflection) davranışı üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu amaç doğrultusunda, öncelikle her iki yüzer havuzun üç boyutlu sonlu elemanlar modelleri oluşturulmuş ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde, gemilerin omurga blokları üzerindeki yük dağılımları, havuz yapısındaki gerilme ve deformasyon dağılımı gibi kritik yapısal faktörler ele alınmıştır. Model doğrulama aşamasında, gerçek bir havuzlama operasyonu sırasında alınan deneysel sehim verileri ile sayısal analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Havuzda yer alan analog ölçüm sisteminden alınan sehim verileri, model doğrulamasında referans alınarak hata oranı değerlendirilmiştir. Yapılan karşılaştırmalar sonucunda modelin, deneysel veriler ile uyumlu sonuçlar ürettiği tespit edilmiştir. Nümerik analizler sonucunda, Keson tipi yüzer havuzun Rennie tipine kıyasla daha yüksek yapısal mukavemete sahip olduğu belirlenmiştir. Rennie tipi yüzer havuzun braket bölgelerinde lokal gerilme yığılmaları tespit edilmiştir ve bu bölgelerde gerilme seviyelerinin malzeme akma gerilmesini aştığı görülmüştür (yalnızca lokal plastik şekil değiştirme). Buna karşılık, Keson tipi yüzer havuzda yapının genelinde oluşan gerilme değerleri akma gerilmesinin altında kalmaktadır. Ayrıca, yapılan sehim analizleri, Rennie tipi yüzer havuzun Keson tipi yüzer havuza kıyasla yaklaşık %38 daha fazla deformasyona uğradığını göstermiştir. Tüm bu bulgular, Rennie tipi bir yüzer havuzun modernize edilerek Keson tipine dönüştürülmesinin yapısal performansı artırmak için uygulanabilir bir strateji olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuçlar, yüzer havuzların yapısal tasarım süreçlerinin optimize edilmesine ve mevcut yapıların modernizasyon yöntemleriyle güçlendirilmesine yönelik önemli mühendislik çıkarımları sunmaktadır.
-
ÖgeNumerical and experimental study of the effect of hull vane on the total resistance of the catamaran(Graduate School, 2025-06-12)Hull Vane technology represents an innovative approach to enhancing ship efficiency by reducing hydrodynamic resistance. The Hull Vane is a fixed hydrofoil appendage fixed transversely to the ship's transom. It generates a negative pressure zone at the vessel's stern, where the accelerated flow passes along the suction side of the foil, resulting in a reduced stern wave and an associated lifting force. This lifting force contributes to trim correction and additional thrust, thereby reducing the vessel's overall resistance. This study aims to investigate the impact of the Hull Vane on the total resistance of a catamaran through numerical and experimental analyses. Eight distinct Hull Vane configurations were investigated by varying the wing's angle of attack as well as the longitudinal and transverse distances from the transom bottom. These configurations, along with the bare hull case, were analyzed across five different speeds to quantify the changes in total resistance. For the experimental phase, two pairs of Hull Vane structures were designed and manufactured from polylactic acid (PLA) material using 3D printing. The numerical study was carried out utilizing OpenFOAM, which is an open-source CFD software. Following the initial numerical and experimental evaluations, validated CFD simulations were employed to generate an additional set of Hull Vane configurations. These configurations were subsequently analyzed and utilized to develop a machine learning model aimed at optimizing the Hull Vane parameters. An Artificial Neural Network (ANN) was implemented as the machine learning model, where the trained network replicated the numerical flow solver's behavior. The use of ANN significantly reduced the computational cost and time required for the optimization process. The results of both experimental and numerical analyses indicate that Hull Vane implementation is beneficial for the catamaran within a specific speed range. However, beyond this range, the Hull Vane contributes additional resistance, making it disadvantageous. Among the tested configurations, the designs with a 0-degree angle of attack outperformed those with a 5-degree angle of attack. Furthermore, the HV3 configuration emerged as the most effective among the initial designs, demonstrating superior resistance reduction over a broader speed range (approximately 0.32-0.62 Froude number). Consequently, the success of the Hull Vane optimization was evaluated by comparing the bare hull and HV3 configurations. For future research, an increased number of samples can be employed to refine the evaluation of optimized Hull Vane configurations for the studied catamaran. Additionally, validation of the optimized Hull Vane design by experimental work is recommended to reinforce the findings from numerical simulations and machine learning models.
-
ÖgeHangar kenar modifikasyonu ile basitleştirilmiş fırkateyn modeli hava izinin iyileştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-01-23)Gemilerde konuşlandırılan operasyonel elemanlar için; geminin direnç, stabilite ve mukavemet gibi ana hesap unsurlarının yanı sıra harici hesaplara ihtiyaç duyulabilmektedir. Bunlardan biri olan helikopter güverteleri için, helikopterlerin güvenli iniş ve kalkış sınırlarını belirleyen uçuş zarfı hesaplarını yapmak önem arz etmektedir. Uçuş zarfı hesaplarının temelinde gemiye ait hava izinin modellenmesi yer almaktadır. Kaba yapılı süreksiz gövde tasarımlarına sahip gemiler, etraflarında türbülanslı yapıda hava akımı oluşturmaktadırlar. Helikopter güvertesinin kıçta olduğu bu tür gemilerde üst yapı aerodinamiğinin şekillendirdiği hava izi, helikopter operasyon bölgesinde daha karmaşık, asimetrik ve türbülanslı bir forma ulaşmakta, bahse konu türbülanslı ortam helikopter iniş kalkış manevralarında pilot kontrolünü zorlaştırmaktadır. Operasyonel verimliliğin artması, oluşabilecek kaza-kırımın önlenebilmesi ve pilot iş yükünün azaltılabilmesi amacıyla uçuş bölgesinde oluşan türbülansın doğru değerlendirilmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada bir basit fırkateyn şekli (SFS2) üzerinde oluşan akış rejiminin helikopter güvertesi bölgesine olan etkisi güncel Ölçek-Çözümlü Simülasyonlar (SRS) kullanılarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile incelenmiştir. Sonuçlar literatürde yer alan deney verileri ile kayda değer bir uyum göstermiştir. Kullanılan yöntemin hava izi hesaplamalarında öncelikli olarak kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Askeri gemilerde üst yapı, aerodinamik kaygılar yerine düşük radar görünürlüğü öncelenerek tasarlanmaktadır. Gemilerin gizlilik kabiliyetini artırmak için eski üstyapı tasarımlarının yerini eğimli, düz yapılı, kaba tasarımlar almıştır. Bu yapılar gemi hava direncini artırırken helikopter güvertesi bulunan gemilerde uçuş bölgesindeki hava izini de karmaşıklaştırmaktadırlar. Gizlilik özelliklerinin yanında direnç ve hava izi iyileştirmelerinin sağlanabilmesi için ön dizayn aşamasında aerodinamik optimizasyon uygulanması önem arz etmektedir. Aerodinamik optimizasyon bütün üstyapıya uygulanabileceği gibi bölgesel olarak da uygulanabilir. Bu çalışmada gemi hava izi yapılanmasına odaklanıldığından, uçuş bölgesi civarında bir iyileştirme öngörülmüş ve Coanda etkisinden esinlenilerek hangar dış kenarlarına 5 farklı tipte yapı elemanı eklenmiştir. Uygulanan modifikasyonlar öncesinde sunulan aynı hesaplama yöntemi ile çözümlenerek sonuçlar yalın geometri ile karşılaştırılmıştır. Tüm modifikasyonlar hava izi türbülansını azaltmış, en iyi sonucu veren modifikasyon nihai karşılaştırmada sunulmuştur.
-
ÖgeComputational analysis of 2-d foils with and without ground effect in tandem(Graduate School, 2024-12-26)The flow behavior around tandem foils, both with and without ground effect, remains a complex and significant area of study, particularly as it plays a critical role in the design and development of wing-in-ground effect vehicles, sailing yachts, and hydrofoil vessels. Most existing numerical and experimental research on tandem configurations has been conducted at high Reynolds numbers exceeding 10⁶. In this comprehensive parametric study, the 2-D flow around two tandem NACA 4412 foils is simulated under both ground effect and free-flow conditions at a moderate Reynolds number of (Re = 3 × 10⁵). The angle of attack is fixed at 4° for both foils, and the effects of stagger distance (S), gap height (G), and ground clearance (H) are systematically investigated to assess their influence on the aero/hydrodynamic characteristics of the tandem system. The analysis begins by validating the aero/hydrodynamic performance of a single NACA 4412 foil without ground effect, followed by validation with ground effect. This step ensures the robustness of the computational framework before extending the analysis to tandem configurations. The incompressible RANS equations are solved using the finite-volume method, employing the SST k-ω turbulence model, which includes the γ-transport equation for enhanced turbulence modeling. This methodology enables a detailed examination of flow structures, pressure distributions, and the overall interaction between the foils in tandem arrangements under varying geometrical configurations. The results demonstrate that, consistent with findings from higher Reynolds number studies, tandem foils exhibit improved hydrodynamic efficiency compared to isolated foils, particularly when the gap height is positive, i.e., when the fore foil is positioned above the aft foil. Ground effect improves the aero/hydrodynamic performance of both isolated and tandem foils by enhancing lift and reducing drag. This phenomenon results in superior performance metrics compared to configurations operating outside of ground effect. In the tandem arrangement, the presence of the aft foil reduces drag on the fore foil due to increased static pressure between the foils, effectively exerting an upstream force on the fore foil. Conversely, the aft foil experiences an increase in drag due to the influence of the fore foil, a phenomenon observed across most tested configurations, with variations depending on stagger and gap distances. The interference effects between the tandem foils produce a range of outcomes; depending on the spacing, these effects can be either favorable or unfavorable in terms of drag reduction and overall aerodynamic performance. The effect of ground clearance on tandem foil configurations exhibits a similar trend to its influence on isolated foils in ground effect, characterized by an increase in both lift and drag coefficients as ground clearance decreases. These findings suggest that optimized tandem configurations can achieve significantly enhanced lift-to-drag ratios, particularly under positive gap heights, offering potential for performance improvements in wing-in-ground effect vehicles and other marine and aerospace applications. This research provides novel insights into the hydrodynamics of tandem foils operating at moderate Reynolds numbers in both ground-effect and out-of-ground-effect conditions. The outcomes of this investigation contribute to the ongoing development of next-generation wing-in-ground effect craft, hydrofoil systems, and other high-performance applications where tandem foil configurations can be utilized.