Yüksek süratli teknelerde aynakıçın tekne performansına etkileri

Abstract

Günümüzde donanmalarda savaş gemilerinin büyük bir çoğunluğu ile yüksek süratli teknelerin önemli bir kısmında kıç formu olarak aynakıç kullanılmaktadır. Aynakıçın; iç yerleştirmede kullanılabilir alanı arttırmak suretiyle dizayn kolaylıkları sağlaması, şekli sebebiyle ucuz ve kolay inşa edilmesi ve yüksek süratlerde az direnç oluşturması gibi bir takım avantaj lan vardır, buna rağmen düşük ve orta hızlarda, birtakım direnç sorunları yaratmaktadır. Yüksek süratli teknelerde, aynakıç formu teknenin direnç özelliklerini etkilemektedir. Düşük hızlarda (Fnt < 0.4)aynakıç 'ıslak aynakıç' adı verilen girdaplı bir akımı, yüksek hızlarda (F»ı > 0.5) ise 'kuru aynakıç' olarak adlandırılan akımı ve kıçtan ayrılan horoz kuyruğu adı verilen bir dalga sistemi meydana getirir. Bu iki hız rejimi arasında da geçiş bölgesi olarak adlandırılan yarı-ıslak aynakıç oluşmaktadır. Ayna kıçta oluşan bu akım değişikliği ile beraber tekne, geçiş bölgesinde tekne kıça trimlenmekte ve dinamik kaldırma kuvvetlerinin etkisi altına girmektedir. Tekne triminin optimum hale getirilmesi ve kıçtaki akımda oluşan girdapların yönetilmesi için aynakıç altında "trim kanatlan" kullanılmaktadır. Aynakıçtaki akım oluşumu, kuru ıslak rejimlerin geçerli olduğu hızlar konusunda literatürde büyük bir eksiklik bulunmaktadır. Bu tez çalışması değişik aynakıç formlan ve trim kanatlarının oluşan dalga sistemini ve aynakıçtaki basınç dağılımı üzerine etkisini incelemeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada 5 adet farklı "su altındaki aynakıç alanı / maksimum en kesit alanı" oranlarında (Ar/Ax= 0.0, 0.286, 0.572, 0.786, 1.0) yuvarlak karinalı NPL serisi model üretilmiştir. Üretilen bu modellerin deneyleri sirkülasyon kanalı ünitesinde boy Froude sayısının 0.2 ile 0.7 değerleri arasındaki hız rejimlerinde yapılmış. Bu deneylerde toplam direnç, operasyon sırasındaki trim, batma ve aynakıştaki su yüksekliği ölçülmüştür. Deneylerde kullanılmak amacıyla beş delikli bir pitot tüpü dizayn edilerek, yine bu deneyler için dizayn edilen ve y-z eksenlerinde otomatik hareket edebilen bir düzenek yardımıyla aynakıç arkasındaki basınç dağılımları ölçülmüş ve bu datalardan modellere ve hız rejimlerine göre aynakıç akımlannın değişimleri belirlenmiş ve viskoz travers dalga direnci elde edilmiştir.

Transom stern is a feature found on many naval surface combatants and nearly ali of the high speed passenger/car ferries. The transom stern offers several advantages över the craiser stern for these crafts. it facilitates internal arrangements and, because of its simple shape, is easier and cheaper to fabricate. More importantly, it generates less resistance at high speeds than would a craiser stern, thus allowing high speed craft to attain such speeds with lower propulsive power. The reduced high- speed resistance of a transom-sterned ship is accompanied by a reduction in the amount of trim by the stern relative to a cruiser-sterned hull. However, at low to moderate speeds, there is a resistance penalty caused by the transom. Notice that, transom stern has detrimental effect on the resistance characteristics of a high speed craft. The stern is wet and the flow has vortices at low speeds (F,,/ < 0.4). in contrast, the stern is dry, i.e. water separates from the stern, and flow forms a complex wave system called rooster tail for higher speeds (F»ı > 0.5). There is a transition regime between wet and dry regimes, which is partly wetted. The hull is trimmed by the stern and hydrodynamic lifting force becomes noticeable by the change of flow at the stern. Trim flaps are used for optimizing trim angle and cleaning the stern from the vortices. There has been little systematic research concerning the effect of various physical transom characteristics on ship resistance. There are several reasons for this. First, designing a systematic series of ships in order to isolate the effects of any single geometric change -transom shape in this case- is difficult. in addition, the resulting differences in model resistance for such a systematic series have been too small to be measured accurately by available dynamometry and data acquisition systems. Finally, and most importantly, systematic series design and testing are tedious and expensive. Because of these reasons, there is a lack of knowledge on.the understanding of transom stern flow and the transition speed. Wet and dry transom stern have effect on both wave and viscous resistance features. Therefore, A project has been performed which aimed at investigating the wave system due to transom flow and trim flaps and pressure distribution. A series of high speed forms consisting of five models derived from NPL round bilge series were designed and fabricated in different "transom area-maximum section area" coeffıcients that are (AT/AX) 0.0, 0.286, 0.572, 0.786, 1.0. xix The effect of changing transom shape can be seen for some distance forvvard of the transom. it was decided to fair the entire aft form of each model form its point of maximum sectional area to the transom. AH hull forms were faired into the same maximum cross section shape. The afterbodies were ali of the same length and were terminated vertically at the after perpendicular. The shape of each afterbody was designed to provide a smooth transition from the common maximum section to each of the fıve transom shapes. Displacement, length, maximum waterline beam and draft were held constant for the models and change other geometrical characteristics vvere minimized. The characteristics of each model are given in the table below. Table l The characteristics of models Modeli (E) Model2 (D) ModeB (C) Model4 (B) ModelS (A) AT / Amax 0.000 0.286 0.572 0.786 1.000 LBP(meters) 0.96 0.96 0.96 0.96 0.96 D (meters) 0.121 0.121 0.121 0.121 0.121 B (meters) 0.124 0.124 0.124 0.124 0.124 BT (meters) 0.124 0.114 0.105 0.082 0.063 T (meters) 0.064 0.064 0.064 0.064 0.064 A (tones) 3.43 3.2 3.0 2.66 2.36 CB j 0.45 j 0.42 0.4 0.35 0.31 Ali of the models were buut using high-density closed-cell foam. Foam was chosen över wood because it is easier to shape to shape and is heavier. The foam models \vere coated with Lake Paste and then Polyester Paste before final fairing. Ali models were faired entirely by hand. Three coat of dye were sprayed över the models. Then ali models were coated with polish to provide smoothness. Ali five models were tested in a circulation channel at Ytanbul Technical University Ata Nutku Ship Model Test Laboratory. The same model dynamometry and signal conditioning equipment were used for ali tests in order to achieve the highest possible consistency of acquired data. The description of this tank is shovvn as Figüre 5.1. The fresh water depth for ali tests were 0.7 m. Blockage was not considered a problem. XX The coordinate system for circulation channel is given as picture belovv. Sirkülasyon kanalı, >x <^