Yüksek süratli bir tekne formunda interseptörlü ve stepli hallerde hidrodinamik performansın parametrik incelenmesi

Abstract

Bu tezde yüksek sürat yapan tekneler için hidrodinamik performansın iyileştirilmesi konusunda referans kabul edilebilecek çalışmaların yapılabilmesi hedeflenmiştir. Tez kapsamında yüksek süratli teknelerin genel özellikleri irdelenmiş, seçilen bir teknenin kıçına trim yapıcı olan levhalar farklı yerlerde ve farklı çalışma derinliklerinde eklenerek bir deney matrisi uygulanmıştır. Ayrıca bu tez ile birlikte, bir çok parametre üzerinde çalışılıp, yüksek süratli teknelerde, stepli (basamaklı) durumun etkisi, interseptörlerin (akım kesicilerin) etkisi ve bu interseptörlerin konumlarının optimum yerleri ile ilgili de verimli sonuçlar elde edilerek, liteartüre bir yenilik kazandırılmıştır. Literatürde yapılan diğer çalışmalardan en önemli farklılıklarından birisi ise interseptörün parçalı halde tekne aynı kıçına monte edilmesinin de analiz edilmesi olmuştur. Üçüncü bölümde tezin deney aşamalarının daha sağlıklı yapılabilmesi ve kurulan sistemin doğruluğunun araştırılması amacıyla çıplak tekne için hesaplamalı akışkanlar dinamiği metoduyla analizler yapılmıştır. Bu analizlerde çıplak teknenin direnç, trim ve paralel batma karakteristikleri elde edilip deneysel çalışmayla karşılaştırılmıştır. Analizler sırasında ilk olarak sayısal havalandırma problemi ile karşılaşılmış ve bu problemin çözümü için bir metodoloji geliştirilmiştir. Yüksek hızlı bir tekne formunun direnç değerlerinin hesaplanmasında sayısal yaklaşımın, bu havalandırma probleminin çözülmesi koşuluyla, oldukça iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Dördüncü bölümde, yüksek hızlı tekne modelinin takıntısız, çıplak halinin deneyleri icra edilmiştir. Çalışmanın bu bölümünde, 18.7 metre boyuna sahip yüksek süratli bir pilot botun, 1/8.5 ölçekte ahşaptan üretilen modelinin takıntısız halde ve sakin suda direnç, trim ve paralel batma deneylerine ait sonuçlar incelenmiştir. Deney esnasında direnç karakteristiklerinin yanında trim ve paralel batma değerleri bulunmuştur. Trim ve paralel batma için birden fazla yöntem incelenmiş ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile bulunan sonuçlara en yakın olan lazermetre ile ölçüm yöntemi benimsenmiştir. Beşinci bölümde ise yüksek hızlı teknede interseptörlü model deneyleri icra edilmiştir. Etkilerini karşılaştırabilmek için interseptörün kıç bölgedeki konumu ile uygulama bıçak derinliği düzenlenerek çok sayıda parametre dikkate alınmıştır. İnterseptör levhası tekne ayna kıçında deneyler boyunca üç farklı konumda yerleştirilmiştir. Bunlar çeneye yakın bölge, omurgaya yakın bölge ve çene ile omurga arası orta bölgelerdir. Deneylerde bu durumun haricinde ayrıca omurgadan çeneye kadar tam bölge uygulaması da yapılmıştır. Bu bölümde ayrıca, interseptör uygulama bölgeleri görsel olarak da verilmiştir. Altıncı bölümde yüksek hızlı tekne stepli model deneyleri anlatılmıştır. Model, farklı hızlarda ve farklı step lokasyonları da göz önünde bulundurularak çekilmiştir. İnterseptör etkisi ve interseptörlü-stepli durumların etkisinin haricinde teknede enine step uygulamasında optimum step lokasyonunu bulmaya yönelik çalışmalar da icra edilmiştir. Çalışmalarda, boyuna olarak dört farklı step lokasyonu belirlenmiş ve stepin ayna kıçtan uzakığı olan "s" in LCB'ye oranı ile parametrik çalışma icra edilmiştir. Bu bölümde ayrıca, boyuna step yerlerinin model direncine etkisi incelenmiş ve optimum step lokasyonu sonuçlar kısmında yorumlanmıştır. Yedinci bölümde, yüksek hızlı tekne interseptörlü ve stepli model deneyleri icra edilmiştir. Model, farklı hızlarda ve farklı step lokasyonu da göz önünde bulundurularak interseptör uygulamasıyla çekilmiştir. Daha sonra da optimum stepli halde interseptör uygulaması yapılıp yorumlanmıştır. Stepli model deneylerinde interseptörlü modele nazaran trimde azalma olsa da, aynı modelde 1 ve 2 mm bıçak derinlikli interseptörlü ve stepli yapılan deneyde, trim açısında aşırı azalma olmuş ve direnç değerlerinde artış gözlemlenmiştir. 1 mm bıçak derinliğinden daha küçük bir bıçak derinliği deney imkanları göz önünde bulundurulduğunda fiziksel olarak denenemediği için interseptörlü ve stepli durum için deneyler ilerletilememiştir. Bu sebeple, stepli modelde ayrıca interseptör uygulamasının verimli olmadığı yorumu düşünülmüştür. Sekizinci bölümde tez çalışması boyunca elde edilen sonuçlar grafikler halinde verilip yorumlanmıştır. Bu bölümde önerilen çoklu regrasyon modelinin, model deneylerine kıyasla CTM'yi, kabul edilebilir ortalama bir hata ile oldukça iyi tahmin edebildiği belirtilmiştir. Bununla birlikte yapılan deneysel çalışmalara göre gözlemlenen durum ise, tam durum interseptör konumlandırmasında düşük hızlarda interseptörün kapalı olması gerektiği, orta hızlarda interseptörün etkisini gösterdiği ve derinliğe de bağımlı olduğu, bununla birlikte hız arttıkça yüksek bıçak derinliklerinin azaltılması gerektiği olmuştur. Göreceli olarak yüksek süratlerdeki seyirde olan yüksek bıçak derinlikleri tekne triminde aşırı azalma ile birlikte başın suya daha çok girmesini ve aşırı serpintiyi de ekleyerek yüksek direnç oluşumunu tetiklemektedir. Çalışmada aynı zamanda, gemi direncini en aza indirmek için en etkili linterseptör lokasyonunun orta ve çene lokasyonlarına kıyasla, aynı hız ve bıçak derinlikleri için omurga lokasyonu olduğu öngörülmüştür. Çalışma ile, interseptör uygulamalarında tam boyutlu durumun haricinde, en etkili bölgenin omurga ve daha sonra da sırayısla orta bölge ve çene bölgesi olduğu anlaşılmıştır. Beklendiği gibi, interseptör bıçak derinliğinin arttırılması, kıçta oluşturulan dinamik kaldırmayı arttırmakta ve bu da trimi azaltmaktadır. Buna ek olarak aşırı bıçak derinlikleri, negatif trim (başın suya girmesi) ile sonuçlanmaktadır. Omurga bölgesinde bulunan interseptör ve tam durum interseptörde, bıçak derinliklerinin fazla olması, teknenin interseptörsüz haline göre olan trim değerlerinde çok fazla azalmaya sebebiyet vermekte ve baş suya girmektedir. 0.62 Fr hızından itibaren tüm durumlarda model paralel çıkmaktadır. En yüksek paralel çıkma çıplak teknede olmakta, ondan sonra ise interseptörün etkinliğinin en az olduğu durum olan çene konumlu durumda olmaktadır. Bu tez çalışmasında, teknede enine step uygulamasında optimum step lokasyonunu bulmaya yönelik çalışma da icra edilmiştir. Çalışmada boyuna olarak 4 farklı step lokasyonu belirlenmiş ve stepin ayna kıçtan uzakığı olan "s" in LCB'ye oranı ile parametrik çalışma icra edilmiştir. Yüksek süratli benzer bir teknenin Fr 0.74-1.1 hız aralığında olması gereken tekli stepin s/LCB değerinin 0.75-0.82 aralığında (ortalama 0.785) olmasının en uygun durum olduğu anlaşılmaktadır. Dokuzuncu bölümde, ilgili tüm sonuçlar genel olarak özetlenmiş ve değerlendirilmiştir. En verimli interseptör sistemi dizaynı düşünüldüğünde, interseptörler uygulamalarının omurgadan çene bölgesine göre farklı performanslar sergilemesinden dolayı, eğer uygulanabilir durumda ise, sistem akıllı kontrol sistemleri ile donatılarak, dinamik olarak birbirinden bağımsız hareket edebilen en az 3 parçadan oluşmalıdır sonucuna varılmıştır.