Serbest su yüzeyine yakın derinlikteki denizaltının manevra sorunlarının incelenmesi

Abstract

Denizaltılar ve diğer sualtı araçları sahip oldukları sınırlı hacim sebebiyle üretilen enerjinin en verimli halde kullanılması gereken araçlardır. Bu konuda araştırmacıları yönlendirmek maksadıyla 1980'li yıllarda Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) tarafından SUBOFF programı başlatılmıştır. Programda 8 farklı konfigürasyonda Anechoic Flow Facility (AFF) modeli oluşturulmuş olup; bu modeller kullanılarak deneysel ve sayısal birçok araştırma yapılmıştır. Son yıllarda insansız sualtı araçlarındaki gelişmeler nedeniyle araştırmacılar sualtı araçlarının form optimizasyonu, manevra iyileştirmesi, serbest su yüzeyi ve deniz dibinin manevraya etkisi gibi konulara yönelmiştir. Bu çalışmada ise periskop derinliğinde keşif ve şnorkel faaliyeti icra eden denizaltıların umkunu sabit tutarken ortaya çıkan manevra sorunu incelenmiştir. Open Field Operation and Manipulation (OpenFOAM) açık kaynak kodlu yazılım ile AFF-8 modeli kullanılarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri yapılmıştır. 'SnappyHexMesh' ağ üreticisi ile oluşturulan ağ ile doğrulama çalışması yapılarak uygun ağ modeli seçilmiştir. Çalışmada modelin oluşturulan akış hacminden bağımsız hareket etmesini sağlayan 'overset' ağ metodu kullanılmıştır. Analizlerde serbest su yüzeyinden çapının 1,1 katı derinliğe yerleştirilen modele ait ufki dümenlerin açısının manevraya etkisi incelenmiştir. İlk olarak sıfır dümen açısı ile yapılan analizde denizaltının başlı yönde dalma hareketini yaptığı belirlenmiştir. Denizaltı personelleri ile yapılan görüşmelerde periskop derinliğindeki bu manevra sorununa karşın ufki dümene yukarı yönde açı verildiği ve baş taraftan balast boşaltma yapıldığı öğrenilmiştir. Sayısal analizlerde OpenFOAM yazılımı ile 'Sonlu Hacimler Yöntemi' kullanan 'interFoam' çözücüsünün 'overset' ağ metodunun kullanıldığı 'overInterDyMFoam' çözücüsü kullanılmıştır. Bu çözücü 'Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS)' denklemleri ile izotermal ve birbirine karışmayan sıkıştırılamaz iki akışkan için nümerik olarak çözümü gerçekleştirmektedir. 0 dereceden 30 dereceye kadar 7 farklı dümen açısı ile yapılan analizlerde kıç tarafta bulunan ufki dümenin açısı arttıkça kaldırma kuvveti arttığı, artan kuvvet değeri ağırlık merkezine olan mesafeyle birlikte oluşan moment dalma hareketini engelleme yönünde fayda sağladığı ortaya çıkarılmıştır. AFF-8 modelinde ufki dümenlerin sadece kıç tarafta olması, yelken ya da baş tarafta ufki dümen bulunmaması manevra yönünden dezavantaj sağlamaktadır. Ayrıca balast operasyonu ile ağırlık merkezinin yer değişiminin periskop derinliğindeki denizaltıların manevrasına etkisi ayrı bir inceleme konusunu oluşturmaktadır.